水下目标圆偏振成像及最远 成像距离的计算

报道了用圆偏振技术进行水下目标成像结果并分析了用圆偏振技术提高图像清晰度的原因:推导了水下目标最远成像距离的计算公式,在衰减常数α为0.5的水体中,目标放在1.5m处,测量出用圆偏振成像系统成像所得图像对比度C为4.1,通过r0和C可计算出圆偏振成像系统的最远成像距离r为1.92m,与实测距离相差0.08m,相对误差为4%。     

基于非均匀圆偏振光照射的水下偏振图像处理方法

针对浑浊水下成像环境,提出了基于非均匀圆偏振光照射的浑浊水下偏振图像处理方法。首先对非均匀圆偏振光照明条件下目标成像和处理遇到的困难进行了分析,并对圆偏振光作为光源的特点进行阐述;其次设计成像环境对水下目标物的偏振图像和可见光图像进行采集。采用基于CLAHE和MSRCR的方法对可见光图像进行预处理,大幅度消除非均匀光照对图像清晰度的影响;依据水下成像的物理模型,考虑到水下目标物反射光的偏振特性,提出了一种基于偏振信息图像融合的图像去雾方法,实验证明该方法能够对偏振信息图像进行优势融合并增强其边缘轮廓;考虑到人眼视觉特性,将偏振信息融合图像与优化后的可见光图像进行融合,最终实现对水下模糊偏振图像的复原。结果表明,该方法实现了偏振图像边缘轮廓及纹理的增强,显著提高了水下图像的质量。     

基于激光偏振技术的海洋牧场水下成像技术研究

良好的水下视觉环境是推动海洋经济发展的前提,海洋牧场的建设对水下成像技术提 出 新的要求,但是受水体环境吸收及散射影响,光信息丢失严重,用常规光学成像方式进行水 下 图像获取会有可视距离短,图像模糊不清,对比度低等缺点。为解决海洋牧场水下成像清晰 度 低的问题,提出一种通过532 nm激光光源与偏振技术相结合的方法并 集成了一款水下相机。 532 nm波段的绿色激光光源在水体环境中受到水体影响较小,传播效 果更佳,偏振成像技术在去 背景光散射中应用广泛,采用532 nm激光光源与偏振成像技术相结合 的方法进行水下图像的获 取,并在模拟海水环境的水池中进行了海参图像获取的实验,实验结果证明在某一偏振角度 下, 532 nm激光光源与偏振成像技术相结合的方式获取的海参图像相比于 自然光下获取的原图像对比 度、清晰度更高,含有的图像信息更加丰富,验证了此方法在水下成像的可行性。     

基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量图像,解算出偏振度、偏振角图像.该方法利用双相机同时成像技术,解决了单相机采集信息不完整的问题,可以实现完全Stokes测量,同时获得目标的线偏振和圆偏振图像.实验结果表明,偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像,包含了更多的细节信息,Dop图像在图像评价指标方面均有5％以上的提升,说明Dop图像可以更好地还原被测目标物.采用该方法可以提高对静态目标的识别能力.     

水下物体的激光偏振成像研究

采用波长532nm的激光器作光源，面阵CCD作探测器，利用水中粒子和物体散射光解偏振度的差异，本文研究了水下物体的激光偏振成像。结果表明，采用偏振技术可使水下成像距离扩展至15倍左右。本文还讨论了不同衰减长度和偏振器的不同偏振角度与图像对比度的关系。     

解偏振度的测量及偏振成像探测识别

在对解偏振进行定义的基础上,用Mueller矩阵参数元表述了解偏振度,并根据斯托克斯-Mueller矩阵关系式,设计了实验装置测量两种硬币的解偏振度。用线偏振激光作光源、CCD相机做成像探测器的方法对包含有两硬币的目标进行主动成像实验,实验中,采集了六张不同偏振夹角的偏振图像和一张无检偏振器时的图像。实验证明,利用偏振技术并通过选取合适的偏振夹角对目标进行成像的方法,可以有效地提高成像探测的图像对比度,有利于目标的探测与识别。     

基于偏振自适应融合图像的水下物证探测方法

偏振探测技术能够在复杂的背景环境中凸显出目标，为我们提供了更为清晰和精准的目标识别能力。然而，在法庭科学领域上，利用偏振成像技术对水下物证进行探测搜寻的研究仍属空白。针对这一问题，本文通过偏振成像装置，对目标强度图像和偏振度图像进行融合。利用非下采样剪切波（non-subsampled shearlet transform, NSST）对图像进行分解后，在高频子带提出了参数自适应的简化型脉冲耦合神经网络模型，在低频子带则采用一种基于区域能量的自适应加权融合规则。在可见光下，对3类典型目标进行相关算法比对实验。实验结果表明，通过偏振成像技术可有效探测到水下物证，利用本文提出的图像融合算法有效突出了水下物证的细节特征，验证了偏振探测技术对水下物证成像的有效性，有利于突破当下法庭科学领域水下物证探测技术的空白。     

水下偏振清晰成像方法综述

水下成像环境复杂多变,在水下视觉的研究中会遇到许多典型的问题:在复杂的光学环境中,水下成像质量急剧下降,传统成像方法中常用的诸如颜色、亮度等特征衰减严重,难以有效地提高水下成像的质量。偏振成像可以对水下散射进行有效抑制,在水下成像环境中,分析目标信息光、后向散射光和前向散射光相应的偏振特性,针对性地解决不同分量对图像的影响进而实现图像质量的提高。基于水下成像物理模型、偏振成像原理详细阐述了水下偏振成像原理,着重论述了几种经典的水下偏振成像方法,总结了当前基于偏振特性的水下成像技术,并对其实际效果进行评价分析,依据现有的水下偏振成像技术的优缺点和实际成像效果对水下偏振成像技术的未来发展进行总结展望。     

基于多尺度边缘表示的偏振图像二次融合算法

针对传统成像技术探测信息量少以及传统图像融合方法计算量大,不能凸显边缘轮廓的问题,提出一种基于多尺度边缘表示的偏振图像二次融合方法。首先,对同时偏振成像系统获取的4个偏振角度图像进行多尺度边缘去噪、配准预处理。然后一次融合,即将预处理后的4个偏振角度图像进行二进小波分解,在不同尺度上对低频、高频系数进行特定组合,计算得到Stokes向量［I Q U V］T,线偏振度(DOLP)和偏振相位角(AOP)等偏振信息;二次融合,即是根据边缘相关性原则融合偏振强度图像和线偏振度图像经小波分解后的高频系数,低频用区域能量的方法。最后,采用交替投影迭代法重构融合图像的低频、高频系数,得到重构图像。实验结果表明,本文算法的融合性能优于传统方法。以小波变换法为参考,平均值提高65.48%,标准差提高95.98%,平均梯度是传统小波的6.45倍,边缘强度是小波变换的5.54倍。本算法提高了运算速度,结合了强度图像亮度信息和线偏振度图像反映不同物体性质的特点,突出了目标轮廓细节,能很好地识别隐藏、伪装的目标。     

基于偏振成像的水下图像复原技术研究最新进展

在水下环境中,悬浮的散射颗粒对光场的散射和吸收作用导致成像清晰度显著下降。基于偏振成像的水下图像复原技术是实现水下清晰成像的有效方法之一。该技术利用散射光的偏振特性,分离场景光和散射光,估计散射光强和透射系数,实现成像清晰化。近年来,偏振成像技术已广泛、高效地应用于水下图像复原和水下目标识别等诸多领域。水下偏振图像复原技术作为光学成像技术和图像处理技术的交叉领域,引起了广泛的关注并取得了大量优秀的研究成果。文中主要介绍了基于偏振成像的水下复原技术的基本原理、偏振信息处理方法和最新发展现状,综述了近年来偏振水下图像复原技术代表性的改进型方法。     

基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究

光在水下传输受到吸收和散射的影响,限制了水下成像的成像距离和成像清晰度。为能抑制后向散射光的干扰,结合距离选通技术和偏振成像技术的各自的特点,提出了基于距离选通的偏振成像方式。基于距离选通的偏振成像一方面利用同步控制装置,时间上分离目标反射光,另一方面通过水体散射光和物体散射光解偏振度的差异来实现成像。本文分析了基于距离选通的偏振成像原理,具体给出了实验装置和实验过程。通过实验分析,得出基于距离选通的偏振成像技术运用于水下成像的可行性,且能大大提高图像的对比度,使其成像质量优于距离选通方式。     

偏振参数最优重构的水下降质图像清晰化方法

针对水体浑浊情况下,水中悬浮粒子对光的吸收和散射作用造成图像模糊、对比度低等问题,提出了一种偏振参数最优重构的水下降质图像清晰化方法。首先,通过局部最小值滤波估算水下背景光图像,引入 Stokes 矢量原理计算偏振度,通过归一化互信息进一步优化偏振度信息,获取成像区域最优的重构偏振参数;其次,采用形态学的方法重建图像自动估计水下无穷远处背景光值;最后,搭建了水下环境模拟平台,通过单通道偏振探测器实时获取水下偏振图像;为了验证算法的有效性,通过三种客观评价指标与其他复原方法进行比较,结果显示算法效果优于其他的水下图像复原方法。     

偏振探测的机理及应用

偏振探测技术已经成为一种重要的探测手段。本文探讨了偏振探测的机理,如物体的表面特性(粗糙度、色泽和电导率等)对光的偏振特性的影响,介绍了偏振探测技术在地物遥感探测、大气探测、水下探测、医学诊断、天文探测、目标检测、图像处理和军事等领域的应用。     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

基于颜色失真去除与暗通道先验的水下图像复原

水下图像成像过程与雾天图像虽然类似,但因水对光的选择性吸收和光的散射作用,水下图像存在颜色衰减并呈现蓝(绿)色基调,传统的去雾方法用于水下图像复原时效果欠佳。针对这类方法出现的缺点,该文根据先去除颜色失真后去除背景散射的思路,提出一种新的水下图像复原方法。结合光在水中的衰减特性,提出适用于水下图像的颜色失真去除方法,并利用散射系数与波长的关系修正各通道透射率;另外,该文改进的背景光估计方法可有效避免人工光源、白色物体、噪声等影响。实验结果证明,该文方法在恢复场景物体原本颜色和去除背景散射方面效果良好。     

Analysis of the polarization characteristics of scattered light of underwater suspended particles based on Mie theory

Aiming at the problem of underwater polarized laser scattering caused by underwater suspended particles, the equivalent spherical particle Mie scattering theory simulation method is used to study the polarization characteristics of underwater scattered light. The relationship between underwater suspended particle characteristics and optical characteristics is analyzed, and the effects of particle size, polarization characteristics of incident light, and angle of incidence on the degree of polarization of forward and backward scattering light are studied. The results show that:When the incident light is natural light, the degree of polarization of scattered light is very low at the forward-scattering angle, which increases with the increase of the scattering angle, but changes frequently with the increase of the particle size. When the incident light is linearly polarized, the degree of linear polarization of the scattered light is related to the azimuth Angle. The degree of circular polarization is largely unaffected by particle size.     

基于光强—光谱—偏振信息融合的水下目标检测

由于图像建模及参数估计的困难和复杂性,水下目标检测算法的性能受到了严重影响。受水下生物视觉信息处理机制的启发,针对特殊的水下光学环境提出一种新的基于光强—光谱—偏振的仿生信息融合目标检测方法,能够根据所获得的水下光学先验知识进行适应性特征融合。算法摆脱繁琐的图像预处理过程,以较低的运算复杂度为代价实现可靠的目标检测结果。