考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法

由于探测器响应的γ特性, 造成光电偏振成像中直接利用图像灰度重构的偏振信息与真实目标场景偏振信息的严重偏离, 基于重构偏振信息的后续定量化处理将完全失去意义. 为此, 提出了一种考虑探测器γ特性的光电偏振成像系统偏振信息重构方法, 分别针对分时和同时偏振成像模式分析了实现方法, 并设计进行了实际偏振成像实验. 实验数据表明: 探测器γ特性直接影响偏振成像系统重构的斯托克斯矢量和偏振度, γ值偏离1越大, 直接利用图像灰度重构的偏振度的重构误差也越大; 该偏振信息重构方法能够准确地重构出目标场景的斯托克斯矢量和偏振度信息, 为后续偏振成像的研究和定量应用奠定了理论基础.     

基于最大和最小光强图像的偏振去雾方法

相对于传统光学探测技术,偏振探测在目标探测、识别方面有着独特的优势。针对雾、霾等天气下图像退化的问题,提出一种利用偏振信息的图像去雾方法,通过获取3个角度下目标的偏振图像,求解出场景目标的斯托克斯矢量,从斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系出发,分析偏振图像光强随着偏振角度的变化规律,获取最大和最小光强下的正交偏振图像,利用偏振滤波和亮通道先验方法分别估算大气光偏振度和其无穷远处大气光强值,最终重构出无雾图像。实验结果表明,在雾霾天气下,利用获取的正交偏振图像能够重构出清晰的图像,且重构图像的平均梯度和边缘强度均提升了约3倍,灰度标准差提升了约88%。     

基于互结构正则约束的红外偏振图像增强算法

为有效改善红外偏振图像视觉效应,提高红外偏振成像质量,提出了基于互结构正则约束的红外偏振图像增强算法。根据红外偏振特性描述,对Stokes参数Q分量与U分量进行加权邻域梯度融合,获得起偏特征图像,捕获目标边缘、轮廓的偏振特性;提出互结构正则约束模型,以梯度幅值相似算子联合正则约束融合结果与起偏特征图像的边缘结构相似性,及与辐射强度图像的灰度一致性,优化得到增强后的高质量红外偏振图像。实验结果表明,基于互结构正则约束的红外偏振图像增强算法,能有效提高红外偏振图像对比度与清晰度,同时提升复杂背景下人造目标边缘轮廓的偏振显著性,算法快速,工程实时性高.     

基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器及其进展

偏振成像技术将景物的偏振信息转化为二维图像信息,从而可以和灰度图像一样对目标景物进行场景特征分析。介绍了基于斯托克斯矢量的偏振成像原理。按照获取斯托克斯矢量方法的不同,分别介绍了偏振片起偏、偏振棱镜分光和可变延迟波片调制三类分时偏振成像方式,分振幅、分孔径、分焦平面三种同时偏振成像方式。结合我国的制造水平,设计了双CCD渥拉斯顿棱镜同时偏振成像实验系统,并采集了实验图像。分析了各种偏振成像方式的优缺点。指出了偏振激光照明主动偏振成像、光谱偏振成像是偏振成像仪器进一步的发展方向。     

基于正交调制的偏振光谱成像系统研究

为了同时获取目标的全偏振二维图像信息和其光谱信息,设计了一种基于正交调制的偏振光谱成像系统。该系统由光学接收模块、相位调制器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、检偏器以及成像模块组成。其可以将原始光信号分解成两束相互正交的偏振光,并且分别成像在CCD焦平面的上下两部分上,从而构成两幅偏振图像。两组图像的叠加可以将干涉条纹的数据相互抵消,从而获得目标的纯图像信息,两组图像的相减可以将目标灰度图像相互抵消,从而获得目标的纯干涉条纹。通过理论分析与计算得到了光强分布函数和光谱变化形式。实验在稳定的光源环境中采用高对比度目标与背景板,完成了全偏振图像的实时采集。经相位校正和切趾处理改善了干涉图像的畸变,又通过去低频滤波和阈值滤波抑制了图像中背景噪声的影响,从而实现了对目标图像的提取及偏振光谱的复原。该系统具有稳定性高、光谱分辨率可调、信噪比高、可识别能力强等特点,对在复杂背景中提取目标图像、光谱及偏振态信息具有重要意义。     

基于FPGA的光偏振方向测量系统研究

针对偏振调制测量旋光介质溶液浓度需通过线偏振光的偏振方向测量旋光度这一需求,提出了小型便携式光的偏振方向测量系统。以FPGA作为主控芯片,驱动摄像头采集图像,利用灰度、二值化和形态学图像处理的模块对图像进行处理,使用DDR3的两个BANK地址缓存摄像头提供视频图像和捕捉待处理图像数据,通过显示屏实时监测选择合适的图像进行捕捉,对DDR3缓存的待处理图像进行读取,根据图像的二阶中心矩公式,计算偏振方向角,由数码管显示角度数据。实验结果表明,该方法测量偏振方向弥补了目前测量偏振方向的实时性、便携性的不足,测量准确度也得到了提高。     

利用偏振技术识别人造目标

提出了一种利用目标的偏振信息识别人造目标的新型方法。利用自制的多波段偏振CCD地面实验装置获取目标的偏振图像,并提取其中的偏振信息。由于人造目标和自然目标的偏振特性上有较大差别,因而根据这些信息,通过较常规的图像处理手段,即可很好地识别出图像中的人造目标。实验证明,该方法识别自然背景下的人造目标是相当有效的。     

利用目标和大气偏振信息的雾天图像重构方法

结合目标偏振信息和大气偏振信息的差异, 提出了一种利用目标和大气偏振信息的雾天图像重构方法。首先, 从光强图像中分离大气光图像和目标光图像, 分别解析大气光偏振信息和目标光偏振信息, 构建偏振去雾模型。然后, 采用融合图像梯度信息的高斯滤波方法估算大气光强和目标光强, 并分别计算大气光偏振度和目标光偏振度。采用3σ法则阈值分割方法, 在大气光图像空间内估算无穷远处大气光强。最后, 重构出目标图像。在不同天气环境下开展外场实验, 结果表明, 该方法在雾霾、雨、雪天气下能够较好地恢复出目标信息, 重构后图像的信息熵提升约40%, 灰度标准差提升了约90%, 平均梯度和边缘强度提高了3倍。     

一种基于选通偏振成像的红外伪装识别方法研究

为解决红外伪装对传统热成像系统的干扰问题,达到在战场上识别红外伪装目标的目的,提出一种基于选通偏振成像的红外伪装识别方法。红外偏振图像的获取通过扫描机构对4个固定放置的偏振片选通实现。实验结果表明,该方法可以4帧/s的频率实现对场景红外偏振度图像的获取。得到的红外偏振度图像与原始红外辐射强度图像相比,灰度均值提高了14%、灰度标准差提高了42%、平均梯度提高了98%。     

多尺度水下偏振成像方法

水下偏振成像技术利用散射光偏振特性能够有效提高水下成像质量,在水下目标探测和识别领域具有重要应用价值.针对该技术在背景散射光和目标信息光分离时由于噪声放大现象导致重建图像质量受限的问题,提出多尺度水下偏振成像方法.该方法利用图像分层处理思想,结合小波变换的多尺度特性,对体现图像高对比度的基础层和低对比度但细节信息丰富的细节层分别进行处理,重建高对比度、高信噪比的清晰场景图像.实验结果表明,多尺度水下偏振成像方法不仅能够大幅提高对比度,复原图像细节信息,而且能够有效抑制放大噪声,提高重建图像的信噪比,在水下偏振成像领域具有良好应用前景.     

水下物体激光圆偏振成象实验及与线偏振成象的比较

采用波长532nm激光作光源,面阵CCD作探测器,利用圆偏振技术进行水下物体成象实验研究,对实验结果进行了分析并与线偏振成象技术进行了比较。结果表明无论是采用圆偏振技术还是线偏振技术都可提高水下物体成象的衬比（度）和成象距离;水体较清时圆偏振成象清晰度远远大于线偏振成象清晰度;当水体较混时,圆偏振成象清晰度大大下降和线偏振成象效果相接近。     

一种基于新型偏振干涉成像光谱仪的目标偏振信息探测新方法

提出了一种采用基于视场补偿型Savart偏光镜的新型偏振干涉成像光谱仪对二维目标偏振信息进行空间遥感探测的新原理和新方法.在新型偏振干涉成像光谱仪光学系统不变的情况下,通过旋转偏振干涉仪分别测出了三个不同角度下像面上各像点的光强值,反演出了二维面目标的斯托克斯矢量,并给出了各像点偏振度和偏振方向的理论表达式.采用计算机模拟实验对该探测原理和方法进行了验证,所得结果与理论完全符合.从理论和实践上扩展了干涉成像光谱仪的探测功能,与目前国内外所研究的成像光谱仪相比,该成像光谱仪既能同时探测目标二维空间信息和一维光谱信息,又提供了一种获得目标偏振信息的手段和方法.     

一种基于小波变换的红外偏振融合算法

针对红外偏振图像可以较好地抑制背景噪声,对目标边缘信息比较敏感的特点,提出一种基于小波变换的红外偏振融合算法,它主要用于红外辐射强度图像和偏振度图像融合,增加图像的信息量。首先采用小波变换对参与融合的每幅图像分别进行各尺度分解,得到各尺度小波系数,然后针对不同尺度小波系数,采用邻域平均梯度为判据进行融合,得到融合后的各尺度小波系数,最后通过小波逆变换进行图像重构,得到融合图像。融合前后的图像对比表明融合图像在保留辐射强度图像的清晰度的同时,突出了目标的边缘、轮廓信息。相对于辐射强度图像,融合图像的梯度均值提高了112%,相对于偏振度图像,融合图像的标准差提高了151%,信息熵提高了38%。     

自适应多波段偏振图像融合研究

为综合利用不同波段的偏振信息，以便有效地去除背景杂波的影响，提高目标检测的效果，提出一种基于伪彩色映射和窗口线偏振度熵为系数的自适应加权多波段偏振参量图像融合方法.该方法是根据目标和杂乱背景的特性及多波段成像偏振探测的基本原理，利用目标偏振特征的波长依赖性，不同波段偏振图像所反映场景信息的差异，同一波段Stokes参量图像之间的关系，以及线偏振度图像所反映的有关人造物与自然背景之间的关系.将其应用于不同真实场景下多波段偏振图像，仿真结果和评价指标表明，该方法在背景抑制方面取得了良好的效果.     

一种红外偏振图像的二次融合方法

根据红外偏振特性图像的冗余性与互补性,提出了一种基于梯度特征和支持度变换的二次融合方法。利用提出的方法先对红外偏振度与偏振角图像进行梯度特征融合,然后利用支持度变换对梯度特征融合图像和合成强度图像进行二次融合,得到了边缘突出、轮廓清晰、对比度高的的融合图像。实验结果表明:融合图像与偏振角图像、偏振度图像、合成强度图像相比局部方差分别提高23.02%、176.9%、148.2%;对比度分别提高67.84%、196.5%、49.39%;平均梯度分别提高46.09%、164.1%、214.5%。     

一种基于特征分析的偏振图像融合方法

偏振成像探测能反映出传统光学成像所无法反映的物体的信息,为了克服计算偏振参量图像丢失细节信息的不足,在已有偏振图像融合方法的基础上,提出一种基于综合图像特征的融合方法。相较于已有算法突出图像的某一方面特征,该算法提取图像的灰度特征、纹理特征和形状特征,据此确定融合权值,对图像进行融合,能够较好地反映目标的细节信息,融合后的图像相较于普通光强图像,方差、信息熵分别提高了12.6%、17.5%,平均梯度从0.59提高到1.83。针对该方法用到的特征维数较高的问题,提供了一种简化算法,耗时从3054降至1337。     

基于偏振信息的遥感图像大气散射校正

大气散射严重影响了航空遥感图像的质量。为了提高航空遥感图像的识别能力,提出一种基于偏振信息的航空遥感图像大气散射校正方法。大气散射具有显著的偏振特性,而对于垂直探测的地物辐射信号偏振度非常低,该方法正是利用大气散射偏振特性与地物目标偏振特性的差别,从图像中提取地物目标辐射信息,从而提高遥感图像的质量。通过机载多波段偏振CCD相机获取航空偏振遥感图像数据,并采用一组443 nm波段的航空偏振图像数据进行图像大气散射校正实验,实验结果表明该方法能有效地进行航空遥感图像的大气散射校正,从而提高了航空遥感图像的识别能力。     

X射线荧光全息术中消除光源偏振效应和孪生像的重构新算法

以27个铁原子成立方排列的晶体结构为模型,通过数值模拟和重构,讨论了入射光源的偏振性对原子像的影响.结果表明,入射光源的偏振性对原子像的可观测性有非常重要的影响.为此,提出了一种能同时消除光源偏振性影响和全息成像所固有的孪生像的数字重构新算法,并通过数字模拟及重构,结果证明了这是一种有效的数字重构算法,能够解决实验过程中光源偏振性和孪生像对原子像的影响. 关键词： X射线荧光全息术 同步辐射 偏振性     

通道调制型偏振成像系统的偏振参量重建

通道调制型偏振成像系统中,焦平面上获取的信息需要通过目标偏振参量的重建才能有效提取,因而重建是目标识别、材料分析、生物医疗等技术进一步应用的前提.为了实现在非理想情况下通道调制型偏振成像系统的偏振参量精确重建,需要解决成像系统中电荷耦合器件(CCD)采样频率与频谱位置偏移对重建的影响.本文首先详细分析了频谱不发生混叠的条件:CCD采样频率应至少为4倍基频;在偏振干涉频谱位置偏移时,使用最大频谱法确定各个偏振态的载波频率,通过频移、滤波和傅里叶变换获得目标的偏振重建二维图像;最后通过计算机模拟仿真与实验分析结合的方法验证该重建方案的可行性与有效性.模拟与实验结果表明:改进后的偏振重建法得到的偏振图像与原始输入图像的均方差在0.001以下,峰值信噪比有明显的提高,且结构相似度可达到0.9以上,表明该方法获得的二维偏振态重建图像精度高,与理论偏振解调法相比具有很大的优越性.该工作希望为后续偏振探测与分析进一步的研究提供参考.     

基于偏振测量的雾天图像场景分割

现有场景分割方法主要依赖于图像亮度、颜色和纹理等特征,然而在雾天图像中提取这些特征将变得困难且不稳定.基于此本文提出了适用于雾天图像场景分割的特征矢量,以及相应的特征提取算法.特征矢量由目标偏振度、深度和颜色三部分组成.特征提取算法分别为:用去相关的方法从图像偏振度分离出大气偏振度和目标偏振度;根据雾天退化模型和雾天图像偏振表示形式推导出场景深度信息;利用两幅偏振图像求出非偏振彩色图像,从而得到场景的颜色信息.将这些特征构成的特征矢量用于基于图的分割算法中,并从两个方面比较了仅使用颜色特征和使用本文特征矢量的分割结果.最后得出结论:对于雾天图像而言,这些特征比通常的颜色特征更加有效和鲁棒.