[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)渾濁介質(zhì)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110573758.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113310851B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖然;馬輝;劉通
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/00;G01N15/02;G01N15/06;G01N21/21;G01V8/10
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種實(shí)時(shí)渾濁介質(zhì)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，包括顆粒物探測(cè)器和目標(biāo)探測(cè)器，顆粒物探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量包含顆粒物的渾濁介質(zhì)的偏振光散射信息，建立和更新渾濁介質(zhì)的偏振光散射物理模型，偏振光散射物理模型模擬在偏振光照射下浸在渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)的偏振圖像，通過(guò)模型計(jì)算，獲得對(duì)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)目標(biāo)的最佳偏振照明?檢測(cè)組合測(cè)量方式，目標(biāo)探測(cè)器控制照明光源與偏振檢測(cè)器按照最佳偏振照明?檢測(cè)組合測(cè)量方式，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)偏振圖像的測(cè)量，獲得使渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)具有最大對(duì)比度的偏振圖像，以識(shí)別渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)。利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲得的信息，獲得最佳偏振照明?檢測(cè)組合，讓待測(cè)目標(biāo)的對(duì)比度最高、分辨率最好，極大地提高了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)渾濁介質(zhì)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

利用光學(xué)成像方法對(duì)潛在目標(biāo)識(shí)別是運(yùn)用最廣泛、效果最佳的方法。渾濁介質(zhì)中的目標(biāo)識(shí)別是一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在水下環(huán)境中，水體顆粒物吸收、散射主動(dòng)照明光或者太陽(yáng)光，使得水中生物(魚(yú)等)、非生物(礦石、航行器等)目標(biāo)的光學(xué)成像圖像變得扭曲和模糊，對(duì)比度變差，不利于它們的識(shí)別。在霧霾天氣中，氣溶膠、灰塵顆粒的散射易構(gòu)成識(shí)別障礙，使得探測(cè)特征丟失，待測(cè)目標(biāo)的光學(xué)圖像變得模糊。渾濁介質(zhì)中顆粒物的散射效應(yīng)是導(dǎo)致光學(xué)成像質(zhì)量下降、目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度差的主要原因，特別是對(duì)于快速移動(dòng)的平臺(tái)，比如潛水器、汽車(chē)等，對(duì)在渾濁水體和空氣中的目標(biāo)識(shí)別要求很高。

傳統(tǒng)的選通方法，比如時(shí)間選通方法、距離選通方法，利用光在渾濁介質(zhì)中的彈道光子經(jīng)歷時(shí)間、路徑最短的原理，可以減輕顆粒物(多次)散射造成的影響，但它需要脈沖光照明、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不利于在大范圍內(nèi)推廣。光譜選通方法利用不同波長(zhǎng)的光在渾濁介質(zhì)中傳播屬性不同，采用對(duì)顆粒物散射不敏感的特殊波長(zhǎng)光照明和檢測(cè)，減少渾濁介質(zhì)對(duì)光學(xué)成像的影響，提高圖像對(duì)比度。偏振選通方法采用偏振光照射渾濁介質(zhì)中的目標(biāo)，并檢測(cè)散射光的偏振圖像，利用顆粒和目標(biāo)的偏振特性降低噪音、提高待測(cè)目標(biāo)的圖像對(duì)比度。另外，當(dāng)前還流行一類(lèi)基于大數(shù)據(jù)方法的選通方法，但實(shí)時(shí)性和通用性較差，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確度不高。

需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于對(duì)本申請(qǐng)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服上述背景技術(shù)的缺陷，提供一種實(shí)時(shí)渾濁介質(zhì)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種實(shí)時(shí)渾濁介質(zhì)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)，包括顆粒物探測(cè)器和目標(biāo)探測(cè)器，所述顆粒物探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量包含顆粒物的渾濁介質(zhì)的偏振光散射信息，建立和更新所述渾濁介質(zhì)的偏振光散射物理模型，所述偏振光散射物理模型模擬在偏振光照射下浸在所述渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)的偏振圖像，通過(guò)模型計(jì)算，獲得對(duì)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)目標(biāo)的最佳偏振照明-檢測(cè)組合測(cè)量方式，所述目標(biāo)探測(cè)器控制照明光源與偏振檢測(cè)器按照所述最佳偏振照明-檢測(cè)組合測(cè)量方式，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)偏振圖像的測(cè)量，獲得使所述渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)具有最大對(duì)比度的偏振圖像，以識(shí)別渾濁介質(zhì)中的待測(cè)目標(biāo)。

進(jìn)一步地：

所述顆粒物探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量渾濁介質(zhì)的偏振光散射信息包括：所述顆粒物探測(cè)器的發(fā)射端光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器形成特定偏振態(tài)的光照射所述渾濁介質(zhì)，所述顆粒物探測(cè)器的接收端的偏振檢測(cè)器測(cè)量從渾濁介質(zhì)中待測(cè)目標(biāo)和顆粒物出射光的光強(qiáng)、偏振數(shù)據(jù)，通過(guò)不同偏振態(tài)照明光照射下所述偏振檢測(cè)器獲得的光強(qiáng)、偏振數(shù)據(jù)評(píng)估待測(cè)目標(biāo)的對(duì)比度，確定所述最佳偏振照明-檢測(cè)組合，以使得待測(cè)目標(biāo)與介質(zhì)背景的對(duì)比度最大。

所述偏振光散射物理模型描述光在渾濁介質(zhì)中的傳輸過(guò)程，以及光的方向、強(qiáng)度、偏振態(tài)在渾濁介質(zhì)中的變化情況，通過(guò)所述偏振光散射物理模型可計(jì)算、評(píng)估不同偏振態(tài)的光照明被顆粒物以及待測(cè)目標(biāo)散射、衰減的過(guò)程。

所述顆粒物探測(cè)器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所述渾濁介質(zhì)中的顆粒物信息，包括顆粒物的大小、種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、濃度。