[發明專利]一種基于多指標優化的水下偏振成像方法

有效

• 申請號: 202210756309.8
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115170498B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 高晨棟;趙明琳;竇健泰;胡友友;徐晶
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06F17/11;G01N21/17;G01N21/21
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王美麗

本發明公開了一種基于多指標優化的水下偏振成像方法，包括獲取偏振方向不同的水下圖像，并由此建立目標反射光強度模型與后向散射光強度模型；設置模型中目標反射光偏振度與后向散射光偏振度為自變量，以目標反射光強度模型成像與后向散射光強度模型成像之間的互信息和目標反射光強度模型成像的對比度為目標函數，獲取滿足互信息小與對比度大的多組最優解；以信息熵為目標函數，選取最優解集合中代入目標反射光強度模型成像信息熵最大的為最終成像結果。本發明能夠自動搜尋最優參數，無需人機交互，且在成像過程中加入多指標考量圖像質量，避免了因指標單一而導致成像結果與期望不符的局限性，是一種更為高效的方法。

技術領域

本發明涉及一種水下偏振成像方法，尤其涉及一種基于多指標優化的水下偏振成像方法。

背景技術

受水體本身及其中懸浮微粒、可溶性有機物等混濁介質影響，包含目標信息的光線被其吸收和強散射，導致水下獲取的圖像產生噪聲增多及對比度大幅下降等問題。而在散射作用下，后向散射光的干擾是引起圖像質量下降的主要原因。為此，克服后向散射光對水下光學成像的影響是一項值得研究的工作。由于后向散射光是部分偏振光，水下偏振成像方法作為一種有效抑制后向散射光的水下光學成像技術被提出。

但是，傳統水下偏振成像方法需要人工截取圖像中背景無目標區域估算參數，無法做到全自動處理，且隨著截取區域的不同，圖像復原效果會不穩定。另外，算法成像過程中評價指標單一，得到的結果也可能并非最優，無法令人滿意。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種基于多指標優化的水下偏振成像方法，在成像過程中加入多指標考量圖像質量，提升了成像結果的綜合質量。

技術方案：本發明包括以下步驟：

步驟一、獲取多張偏振方向不同的水下圖像，并由此建立目標反射光強度模型與后向散射光強度模型；

步驟二、設置模型中目標反射光偏振度與后向散射光偏振度為自變量，以目標反射光強度模型成像與后向散射光強度模型成像之間的互信息和目標反射光強度模型成像的對比度為目標函數，獲取滿足互信息小與對比度大的多組最優解；

步驟三、以信息熵為目標函數，選取最優解集合中代入目標反射光強度模型成像信息熵最大的為最終成像結果。

所述目標反射光偏振度與后向散射光偏振度的取值范圍在0到1之間。

所述步驟二中滿足互信息小與對比度大的多組最優解的獲取方法為：以互信息及對比度為目標函數，利用多目標優化算法獲取滿足互信息小和對比度大的最優解集合，即：

其中，P_tar表示目標反射光偏振度；P_sca表示后向散射光偏振度；{P_tar,P_sca}_optimal表示最優解集合；MI(T,B)表示目標反射光強度模型成像與后向散射光強度模型成像之間互信息；Cont(T)表示目標反射光強度模型成像的對比度。

所述步驟三中的信息熵按下式計算：

其中，p_k是大小為k的灰度級出現的概率。

所述步驟三中的最終成像結果獲取方法為：

3.1、在最優解集合中選取能使目標反射光強度模型成像信息熵計算結果最大的值，即：

其中，Entropy(T)表示目標反射光強度模型成像的信息熵；表示最優解集合中能使目標反射光強度模型成像信息熵最大的滿意值；

3.2、代入目標反射光強度模型獲得最終的成像結果，即：