雾天偏振成像影响分析及复原方法研究

为了抑制雾天图像质量的退化,基于大气散射物理模型及偏振图像暗通道原理,提出了一种改进的雾天偏振遥感图像去雾算法。首先依据大气散射模型对雾天偏振成像机理进行分析,对大气偏振信息对去雾的影响进行了阐述。其次利用边缘检测和闭运算自动获取雾天偏振图像的天空区域,估算无穷远大气光强和大气偏振度。最后,针对图像中存在的噪声干扰等因素,修正大气偏振度及大气光强,恢复了退化图像的辐射强度信息。通过理论分析和实验验证,取得了较好的雾天图像复原结果。结果表明,该算法可以准确获取天空区域,实现更高鲁棒性的天空区域估计方法,有效提高图像的对比度和清晰度,增加图像细节,改善雾天图像的质量。该算法能够有效抑制雾天对图像造成的退化,从而提高遥感的目标探测和识别能力。     

基于偏振成像和图像融合的目标识别技术

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并利用图像融合技术计算了目标的Stokes图像和偏振度图像.结果显示:偏振成像有效地滤除了杂乱背景散射光的影响,明显提高了目标成像的对比度和分辨率.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

基于偏振信息融合的海洋背景目标检测

针对海洋背景目标检测,提出了一种基于偏振信息融合的海洋背景目标检测方法。该方法根据目标与水体偏振信息的差异性以及偏振图像能很好弱化背景噪音的特点,设计了一组图像融合规则,并通过该组规则来融合强度、偏振度和偏振角等各分量图像。最后,对融合结果采用基于轮廓层次树的目标检测方法进行测试。实验结果表明,融合后的图像能很好地抑制海面波纹噪音,同时增强了目标的边缘轮廓和纹理细节信息,以及提高了目标与背景的对比度,使目标更易于被检测出来。     

目标与背景的红外偏振特性研究

由于红外伪装技术在很大程度上削弱了当前对目标的红外识别能力,提出一种用红外偏振技术增强对伪装目标的识别能力的新方法。在8~14 μm波段,在特定的环境条件下对一个红外伪装目标和背景的红外偏振特性进行了研究,分析两者的强度对比度和偏振度对比度,结果发现,目标与背景的偏振度对比度远大于二者的强度对比度。这一结果表明,红外偏振技术在提高红外探测系统的侦察和识别能力方面具有十分重要的研究价值。     

基于小波变换的红外偏振图像融合算法

为了改善红外图像质量、提高人造目标的可识别率,基于偏振度图像能够较好地凸显人造目标,偏振角较好地描述不同物体表面取向,I图像能反映场景的强度信息的特征,采用对红外图像进行偏振图像融合的算法,即先通过红外热像仪和偏振片拍摄到偏振角度为0°,60°和120°3幅红外图像,再通过计算得到I,Q,U图像,进而得到偏振度图像和偏振角图像,最后对I图像、偏振度和偏振角图像进行红外偏振图像融合,得到高质量的红外偏振图像,由理论分析得到了各个图像的性能指标数据。结果表明,基于小波变换的红外偏振图像融合算法得到的图像数据合理,达到了改善红外图像质量和提高图像中的人造目标的可识别率的目的。     

三波段大气传输红外偏振特性对比分析

偏振成像系统利用目标和背景偏振度上的差异,有效地提高了人造或伪装目标的探测识别效率。但红外目标的偏振传输是一个复杂的过程,受大气的影响较大,因此,有必要对不同目标的偏振特性和其影响因素以及大气作用的影响（包括大气吸收、辐射及悬浮粒子散射等）进行研究。进一步推导了红外偏振辐射控制方程;基于对目标和背景偏振特性的先验知识,利用大气传输计算软件MODTRAN对3个典型红外波段的大气吸收及程辐射进行计算;并对大气传输后的目标辐射偏振度对比度和强度对比度进行仿真。结果表明:在短波红外波段,目标的反射成分占主导地位;在中波红外波段,目标的自发辐射和反射均不可忽略;在长波红外波段,目标的辐射占主导地位,利用偏振成像效果优于强度成像。结果与理论分析基本一致。研究内容为红外波段目标的探测方式选择提供了参考依据。     

基于SIP-DSWP系统的透明玻璃面倾角分区标定偏振测量方法

由于存在边缘视场的渐晕效应,造成SIP-DSWP同时偏振成像系统的偏振信息重构存在偏差。为此,本文提出了一种通过分区仪器矩阵校正视场边缘效应的成像系统校正方法。通过对SIP-DSWP同时偏振成像系统3×3分区仪器矩阵的标定,进行了玻璃平板倾角的非接触检测实验。实验结果表明:图像边缘视场效应和噪声能够直接影响偏振成像及偏振信息(偏振度和偏转角)重构;分区仪器矩阵较平均仪器矩阵能够更准确地重构出目标场景的偏振信息,提高对透明玻璃平板倾角的检测精度,为后续偏振成像方法的研究和定量检测应用奠定了理论基础。     

基于HSV空间的红外偏振图像改进融合算法

研究了偏振产生的原理和基于标准HSV颜色空间的偏振融合,并根据红外偏振图像对比度较强、强度较弱的特点改进了HSV融合算法,利用原始偏振图像的灰度均值和极值进行图像强度修正,计算融合权重,进行偏振图像融合,增强红外偏振融合图像的强度和对比度。对室内以及室外人造目标进行实验验证,改进的HSV融合算法较红外原图灰度均值最高提升216%,对比度最高提升1384%;较标准HSV融合图像的灰度均值最高提升1363%,对比度最高提升292%。为使用红外偏振融合图像进行目标识别打下了很好的基础。     

红外偏振图像的目标检测方法

红外偏振成像探测通过对目标辐射和反射偏振态的探测,针对传统光学无法解决的问题,在目标检测方面取得高精度的结果,特别是在军事探测中,能够快速地将混杂在自然背景下的人造目标检测出来,以增强对目标的识别。偏振探测中所依据的强度、偏振度及偏振角信息反映出的不同物理特性,具有很强的冗余性和互补性。针对该特性,提出一种红外偏振图像的目标检测方法:首先使用Mean-Shift算法对红外图像和偏振度图像进行聚类处理;然后利用DS证据理论将聚类后的红外图像和偏振度图像中的物体信息充分结合,以区分目标与背景,达到目标检测的目的;最后通过仿真实验图像与小波融合图像结果的对比表明该算法的优势。     

采用条纹管激光成像系统的偏振成像实验

采用条纹管激光成像系统的激光偏振成像是对现有的条纹管激光三维成像的进一步延伸,如果在充分利用该成像系统获得的强度像和距离像的基础上,再加上偏振信息,则能实现对目标高精度的探测和识别.对采用条纹管的激光偏振成像进行了初步的实验研究,提出了两次测量的偏振成像实验方法,处理了实验中获得的几种特定目标的条纹图像,得到了目标的强度像和偏振度图像,并进行了比较.结果表明:偏振度图像比强度像对比度高,克服了光源辐照不均匀的缺点.证实了偏振成像的可行性,为完善成像实验系统,提出了用一次测量就能完成偏振成像的实验方法,融合强度像和偏振度图像的处理方法将实现对目标更高精度的探测.     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

一种图像校正的偏振光罗盘系统的研究

导航传感器在探险、应急、精确制导武器、船舶、航空器导航和定位系统中起着关键作用。针对偏振光罗盘在倾斜状态下误差较大的问题,提出了一种利用加速度计和陀螺仪对偏振光罗盘进行图像校正的方法,设计了一种基于陀螺仪校正的偏振光罗盘系统。首先利用加速度计和陀螺仪计算得到载体姿态角,对偏振光图像数据进行图像校正,采用Stokes矢量法解算大气偏振模式分布,进而提取导航特征点,最后对特征点进行拟合解算出航向角信息。并且进行了静态和动态测试实验,实验结果表明,该算法能够有效的对偏振光罗盘姿态变化引起的误差进行补偿,可以将偏振光罗盘的航向角测量误差控制在1.86°之内,平均误差为0.09°。     

基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法研究

在装备试验与测试中,常规光学成像系统极易受气象环境(如雾霾、沙尘等)影响,导致探测距离、成像效果、测量精度等受到大幅限制,从而严重影响目标成像效果及关键参数获取。如何增强雾霾条件下光学探测识别能力及成像质量,成为了当前急需解决的关键问题。本文利用偏振成像优势,结合暗通道先验原理,提出了基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法。该算法首先利用采集到的偏振图像提取偏振特征,计算偏振度和偏振角;同时,采用基于区域增长算法自动提取出天空区域,对天空区域进行大气光参数估计,获取大气光偏振度及偏振角相关参数估计;然后,结合暗通道先验原理,获取无穷远处大气光强,进而计算各像素点的大气光强;最后,建立在大气物理退化模型基础上,实现图像去雾增强。实例分析与验证中,通过主观评价与客观评价两种方法,对比本文提出的方法和常见其他方法,实际结果表明,本文算法去雾增强能力较强,能有效提升光学系统的探测识别能力及成像质量,对雾霾条件下武器装备关键参数获取具有重要意义。     

三镜头偏振CCD相机响应的非一致性校正

简要介绍了三镜头偏振CCD相机.在分析三镜头偏振CCD相机探测元响应的不均匀性和三个偏振方向响应的非一致性的基础上,介绍了一种基于辐射定标的校正方法.通过偏振测量实验,分别计算得到偏振光的真实偏振度、偏振成像原始图像和经非一致性校正后的图像的偏振度.结果表明,非一致性校正可提高成像偏振信息的解析精度.     

近地面水平方向大气偏振辐射传输仿真与验证

近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针对近地面水平方向偏振观测,基于单次散射假设,仿真计算了不同气溶胶光学厚度条件下的大气偏振辐射传输特性,并开展了外场偏振特性传输实验验证。仿真结果表明,地表贡献可以忽略;随着气溶胶光学厚度的增大,大气对总偏振反射的贡献越大;针对外场实验,仿真计算了不同时序同等观测条件下的线偏振度值,与实测结果相对误差在0.1范围内,一致性很好。研究结果为近地面偏振特性传输研究提供了理论支持,并为近地面偏振观测中的大气校正奠定了基础。     

基于多角度偏振信息反演海洋上空卷云云顶高度

采用偏振辐射信息反演云顶高度时,为了减小由云层及地表偏振辐射特性变化带来的反演结果不确定度,使用490 nm和865 nm通道多角度偏振信息反演卷云云顶高度.理论分析大气顶偏振特征,给出490 nm与865 nm通道偏振特性差异,说明使用此两通道偏振反射率差反演云顶高度的可行性.假设卷云为一般种类混合模型(General Habit Mixture,GHM),使用倍加累加矢量辐射传输模型计算和分析大气顶490 nm和865 nm通道偏振反射率差对卷云有效粒子半径、光学厚度和云顶压强的敏感性.分析表明,当卷云光学厚度大于3时,偏振反射率差对有效粒子半径和光学厚度的变化不敏感,对云顶压强变化敏感.根据敏感性分析结果选择适当的参数构建偏振反射率差查找表,使用查找表方法反演POLDER3数据的卷云云顶高度,并与POLDER3产品和MODIS产品进行比较.结果表明,与POLDER3的官方算法相比,使用偏振反射率差查找表方法有更宽的散射角适用范围,反演结果与MODIS产品有更好的一致性.     

基于主动偏振光的潜指纹偏振成像检测方法研究

作为一种无损检测方法,光学检验法是多种潜指纹检测方法中的首选。在面对越来越复杂的应用场景时,传统光学检验法往往效果不佳。然而偏振成像探测技术不仅能够获得目标的强度和光谱等信息,而且还能够得到偏振度和偏振角等反映目标表面细节特征的偏振信息,因此可以提高潜指纹检测效果。利用偏振成像技术的优势,开展了基于主动偏振光的潜指纹偏振成像检测实验研究,获取了指纹图像数据并对其进行了分析。结果表明,与一般的强度成像相比,本文方法所得到的潜指纹偏振参量图像质量更高,获取的图像更清晰,细节信息更丰富。     

偏振光导航测角歧义性问题的解决方法

本文针对偏振光导航中传感器的仿沙蚁POL-neuron模型在获取航向角时存在的角度歧义性问题,根据大气偏振模式中偏振度分布不均匀的规律,提出了一种利用三个偏振通道和一个非偏振通道进行偏振光测角的PFAC模型,通过判断函数和不同天空区域偏振度的大小关系将POL-neuron模型的有效测角范围从[-45°,45°]扩展到[0°,360°].本文描述了PFAC模型的信号处理过程,进行了传感器实测数据的分析与处理,理论和实测结果表明该模型可以解决POL-neuron模型存在的测角歧义性,为偏振光导航传感器实现360°范围内的航向角获取提供了一种有效的解决方法.     

微偏振片阵列成像的非均匀校正研究

针对传统的非均匀校正算法难以校正偏振成像的非均匀问题，提出了一种新的矩阵校正算法。分析了偏振成像与非偏振成像的非均匀性的不同表现，阐述了微偏振片阵列成像的非均匀产生机理，指出了采用非偏振成像非均匀校正方法的失效原因。在构建偏振成像系统对入射偏振光源的响应模型基础上，提出了矩阵校正法。实验部分给出了矩阵校正法对均匀偏振场本底图像和信息丰富场景图像的校正效果，定量分析结果表明，矩阵校正法将均匀本底图像的非均匀性降至校正前的10%左右。