基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

基于偏振成像的红外图像增强

针对红外图像对比度低,细节纹理较弱的特点,利用物体偏振特性提出基于偏振成像的红外图像增强方法,即获取红外偏振度图像并与源光强图像融合。首先,分析了偏振成像理论,利用偏振成像技术获取偏振图像。其次,为了能够充分获取偏振度图中的信息,运用剪切波变换对图像进行多尺度分解。最后,采用区域特征匹配融合策略,得到增强图像。为测试方法的有效性,搭建实验装置,进行实拍图像实验。主观与客观评价结果均表明,增强后的图像较原图像具有更加丰富的图像细节与偏振目标信息,对目标识别与探测具有重要意义。     

简易分时型长波红外偏振成像系统研究

为了开展红外偏振成像技术研究工作,本文设计搭建了一个长波红外偏振成像系统,实现了目标分时成像。提出了一种改进的基于单像元非均匀性差分图像校正方法去除冷反射,基于Sobel边缘检测方法对图像进行配准,并对目标场景的偏振特性进行了分析。结果表明,设计搭建的系统能够获取目标场景的红外偏振信息,预处理后的图像能够满足实验需要,经过Stokes矢量方法得到的目标场景偏振图像边缘轮廓与细节信息更加丰富。为了进一步衡量实验系统的性能,对强度图像和偏振度图像进行了融合,融合后的图像与红外强度图像相比,图像评估质量得到明显提升,验证了实验系统的可行性。该技术在未来的复杂环境下提高目标探测效率具有应用价值。     

长波红外偏振图像信息的提取与增强

基于长波红外偏振成像探测技术在目标检测识别领域的优势,本文搭建了长波红外偏振成像探测系统,采集了室内外典型目标的长波红外偏振图像,提取了三类典型目标的斯托克斯矢量、偏振度、偏振角以及两个组合特征δ与ρ等图像信息,并对其特点进行了详细分析。基于对图像偏振信息的解算,提出了一种目标背景对比度增强方法。实验证明该方法可行且有效。     

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。     

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。     

红外偏振成像探测技术进展

不同物体不同状态存在明显的红外偏振差异,可以构成目标探测信息。简述了利用红外偏振成像技术进行目标探测的物理本质,重点阐述了偏振双向反射分布函数原理,列举了红外偏振成像探测模型,介绍了红外偏振成像技术的应用优势,归纳总结了偏振成像系统结构分类及其特点,叙述了红外偏振成像技术在目标探测与识别领域的进展,详细叙述了红外偏振成像技术的理论、实验基础研究和在目标探测中的应用。最后,总结分析了中/长波红外偏振成像技术特点,并对发展国内红外偏振成像技术提出了建议。     

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.     

沙漠背景下红外偏振图像目标检测方法

红外偏振成像探测同时探测目标的强度辐射与反射偏振态,可以获取传统光学无法获取的目标。偏振探测获取的偏振度、偏振角等信息反映不同的物理特性,与强度图像有较强的互补性。针对该特性,提出一种沙漠背景目标红外偏振图像检测方法。使用一种改进的核模糊聚类算法对红外图像和偏振图像进行聚类处理;利用稀疏融合方法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,以达到目标检测的目的。实验表明,提出的检测方法相对小波融合和拉普拉斯金字塔融合结果噪声更低、细节更清晰。     

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。     

基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法

针对红外目标探测所面临的杂波干扰问题,提出了一种基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法。首先,利用人工目标和自然背景偏振特性的差异,建立了目标与背景的红外偏振信息模型,分析了其中强度信息和偏振信息的构成以及目标偏振信息的提取与增强办法。然后,将斯托克斯矢量、部分偏振光分解、变偏振理论相结合实现了目标偏振特征的提取与背景杂波抑制及随机噪声消除,进而实现了红外小目标的检测。仿真数据实验结果及与现有方法的对比证明了该方法的有效性和可靠性。该方法可用于对抗红外伪装隐身及红外诱饵技术,提升红外目标的探测能力,富有应用价值。     

基于偏振微面元理论的红外偏振特性研究

针对基于金属线栅偏振片的红外偏振成像系统组成,需要考虑目标、大气、天空、偏振片的反射和自身辐射的影响,进而有效分析进入成像系统的红外偏振辐射组成。文章通过偏振微面元理论的散射函数模型,推导红外偏振辐射传输方程的Stokes表达式,得出红外偏振信息(偏振度、偏振角)与目标表面粗糙度、折射率、反射和观测角度等参数的数学模型,通过合理简化偏振信息表达式,仿真得出某材料的偏振度曲线与文献中实测数据基本一致,为进一步提高红外偏振成像系统的探测性提供理论依据和技术支持。     

大气对红外偏振成像系统的影响

红外偏振成像系统探测的是某个特定偏振方向上的目标和背景辐射强度,有必要对不同目标的偏振特性及偏振辐射大气传输进行研究。首先采用双向反射分布函数对反射辐射偏振特性进行了分析,推导出了反射辐射偏振度的一般表达式。根据表达式模拟了目标的物理特征对反射偏振特性的影响。随后利用MODTRAN软件在典型大气条件下对红外波段的大气吸收以及程辐射进行了建模和计算。大气中的悬浮颗粒对目标的红外辐射进行散射,场景的偏振度随传输距离衰减。对目标反射辐射偏振特性的仿真结果与实测数据基本吻合,验证了理论的正确性。考虑大气对偏振辐射传输的影响使得计算结果更加合理和准确。     

基于Tsallis熵的红外偏振热像分割算法

传统红外热像存在对比度低、边缘模糊等不足而使目标区域分割困难,红外偏振热像能够凸显边缘和轮廓特征,因此在环境监测、军事侦察、工业无损检测等领域得到广泛的应用,但如何进行红外偏振热像分割目前研究较少。为此,本文提出了一种基于Tsallis熵的红外偏振热像分割算法。首先通过Tsallis阈值对偏振方位角热像进行初分割,然后以最小化初分割热像交集与并集误差率优化Tsallis指数,再利用指数优化后的Tsallis阈值对偏振方位角热像进行优化分割并通过连通域检测去除误分割得到二次分割图,最后以二次分割图交集区域为种子区域、并集区域为边界,通过区域生长法得到最终分割热像。实验结果显示,本文算法相对最小Tsallis交叉熵法、Otsu法和模糊聚类法错分区域小,在主观视觉效果和区域间对比度、形状测度评价指标上有较大的改善,能够更准确地分割出目标。     

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。     

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。