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基于偏振差分图像的海天线检测方法

中国光学（中英文） 2023年第3期16卷 596-606页

作者：宿德志刘亮王坤吴世永刘陵顺明瑞龙宫剑海军航空大学航空基础学院山东烟台264001 海军航空大学岸防兵学院山东烟台264001 中国人民解放军92337部队辽宁大连116023

针对低对比度红外图像中海天线检测困难,且易受云层、条状波浪和海杂波等干扰因素影响的问题,提出了一种采用偏振差分图像进行海天线检测的方法。首先,利用偏振差分方法增强海面区域的局部对比度和海天线的信噪比;其次,对偏振差分图像... 详细信息

针对低对比度红外图像中海天线检测困难,且易受云层、条状波浪和海杂波等干扰因素影响的问题,提出了一种采用偏振差分图像进行海天线检测的方法。首先,利用偏振差分方法增强海面区域的局部对比度和海天线的信噪比;其次,对偏振差分图像采用大尺度的局部对比度累加方法确定海天线区域;最后,在海天线区域中采用梯度显著性及多项式拟合方法完成小尺度的海天线精确检测。该方法将偏振度、偏振角等多维信息融入海天线检测,并采用了大尺度与小尺度相结合的检测方法,能够有效克服云层、条状波浪和海杂波等因素的干扰。实验结果表明该算法的海天线检测准确率为98.5%,平均耗时16 ms,能够实现快速、准确的海天线检测,具有较强的场景适用性。

关键词：偏振差分海天线检测低对比度梯度显著性红外图像

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三自由度偏振差分水下成像技术

光学学报 2021年第3期41卷 216-221页

作者：胡浩丰李嘉琦李校博刘铁根天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

影响水下成像质量的核心因素是后向散射光的干扰。偏振差分水下成像技术能够显著抑制后向散射光,是在水下散射环境中获取清晰图像的有效方法。传统的偏振差分方法是基于两个正交偏振方向上的偏振图像进行差分的,该方法虽然对后向散射光... 详细信息

影响水下成像质量的核心因素是后向散射光的干扰。偏振差分水下成像技术能够显著抑制后向散射光,是在水下散射环境中获取清晰图像的有效方法。传统的偏振差分方法是基于两个正交偏振方向上的偏振图像进行差分的,该方法虽然对后向散射光有明显的抑制效果,但其调制自由度低,限制了成像质量的进一步提升。针对这一问题,提出一种改进型偏振差分水下成像方法,该方法基于两个最优偏振方向的偏振图像进行差分,并通过引入差分项的权重系数,最终实现具有三个自由度的偏振差分水下成像。实验结果显示,该方法相对于传统的偏振差分成像方法,可更好地抑制后向散射光、凸显物体信号光,最终实现了更高质量的水下清晰成像。

关键词：散射偏振后向散射光偏振差分三自由度

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基于偏振差分的哈特曼波前探测技术研究

基于偏振差分的哈特曼波前探测技术研究

作者：郭庭四川大学

学位级别：硕士

经过四十余年的发展,我国的自适应光学的理论和应用逐渐成熟,自适应光学系统已被广泛应用于天文观测、空间监测、人眼视网膜成像、激光光束整形以及通讯、医疗等多个领域。目前,大多数自适应光学系统都用在夜间观测中,以避免大气散射对... 详细信息

经过四十余年的发展,我国的自适应光学的理论和应用逐渐成熟,自适应光学系统已被广泛应用于天文观测、空间监测、人眼视网膜成像、激光光束整形以及通讯、医疗等多个领域。目前,大多数自适应光学系统都用在夜间观测中,以避免大气散射对信号探测的干扰,准确的获取目标信号。然而,在对于在强背景下使用自适应光学系统的情况,如激光通信中的激光信号的探测、大气湍流波前相位扰动和统计特性测量等,如何突破自适应系统在强背景场景下的应用障碍一直是一大难题。哈特曼传感器作为自适应光学系统中最常用的波前探测器,在强背景场景下用于波前探测时,往往会受到强背景的干扰,使得波前复原计算中质心位置产生偏移,无法准确复原波前,严重限制了自适应光学系统在强背景条件下的工作性能。本论文为解决强背景场景下的自适应系统中哈特曼传感器对目标信号波前探测精度低的问题,基于探测目标与自然背景偏振特性的差异提出了偏振哈特曼波前探测方法,开展了偏振哈特曼波前探测技术原理及验证性实验探究,以期为自适应光学系统在强背景场景下的使用提供参考。本文的主要研究内容包括:一、分析了在强背景场景下哈特曼传感器的使用受限问题,并基于多数场景中探测目标与背景光偏振特性的差异,提出了偏振哈特曼波前探测方法。这一方法利用偏振差分的方式减除强背景,从而实现强背景场景下的准确波前探测。在此基础上,分析了在自然光场景和偏振背景下使用偏振哈特曼波前探测技术的原理,并建立了相应的物理模型。二、针对强背景场景下目标信号的波前探测,对偏振哈特曼波前探测方案的波前复原效果进行了仿真。结果表明,偏振哈特曼波前探测技术对强背景干扰的去除以及波前复原效果极好,验证了该方案的可行性。根据偏振哈特曼波前探测原理及其物理模型,提出了室内验证实验方案,并讨论了实验方案中目标信号及其偏振态的模拟方法,背景信号及其偏振态的模拟方法以及偏振哈特曼波前探测的步骤和数据处理方法。三、根据提出的室内验证实验方案,搭建验证性实验平台,分别在背景光有、无偏振特性的场景下开展了偏振哈特曼波前探测实验研究。研究了在不同背信比下对不同偏振方向目标信号波前探测过程中的背景光去除效果和波前复原效果,并与传统方法对强背景的去除效果和波前复原效果进行了分析和比较。结果表明,针对强背景场景下的偏振目标信号波前探测,偏振哈特曼波前探测技术能够有效地去除强背景的干扰,高精度地复原目标信号的畸变波前,波前复原精度相较传统方案有极大的提升。本论文关于偏振哈特曼探测技术的研究工作及取得的主要成果为强背景场景下波前探测技术的发展及应用提供了重要参考,对有效拓展自适应光学系统的应用时段具有重大意义。

关键词：自适应光学强背景偏振哈特曼传感器波前探测偏振差分

基于亮暗通道先验和偏振差分相结合的去雾方法

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基于亮暗通道先验和偏振差分相结合的去雾方法

作者：宋雪艳昆明理工大学

学位级别：硕士

随着社会和工农业飞速进步和发展,一些不良天气状况及污染也随之增多,雾霾就是最典型的一种。这种天气不仅影响着人类的身体健康,还使一些户外的监控和图像采集系统采集到的图像和视频由于雾霾的存在而质量退化,目标物体不清晰,颜色不鲜... 详细信息

随着社会和工农业飞速进步和发展,一些不良天气状况及污染也随之增多,雾霾就是最典型的一种。这种天气不仅影响着人类的身体健康,还使一些户外的监控和图像采集系统采集到的图像和视频由于雾霾的存在而质量退化,目标物体不清晰,颜色不鲜明,失去其实际应用价值。所以如何高效的将有雾图像还原至接近真实场景已经成为一个重要的研究课题。本论文在大气散射模型基础上,针对传统的暗通道先验算法去雾后复原的无雾图像在高亮度的区域会有失真和光晕效应,以及单幅偏振图像获得的图像信息较少的情况,提出一种基于亮暗通道先验和偏振差分相结合的去雾方法。本文的主要工作和创新点如下。1.使用偏振成像系统获取两幅互相垂直的偏振图像。在偏振差分理论基础上进行改进,获得一幅透射率图像。基于暗通道先验,将两幅偏振图像取得的暗通道图像结合处理,获得另一幅透射率图像。将两幅透射率图像线性组合得到总透射率图像,对其使用引导滤波进行平滑细化处理。再将细化后的透射率进行直方图均衡化、阈值处理从而获得最终透射率图像。2.基于亮通道先验,将两幅偏振图像取得的亮通道图像结合处理,获得每一个像素点的大气光值。把透射率和大气光两参数图像代入大气散射模型,进行图像去雾,得到清晰复原图像。3.通过不同场景的实验结果和主客观评价,证明了本文算法可以有效的完成图像复原,提高图像清晰度和对比度,并且对暗场景的复原效果更好。

关键词：亮暗通道先验偏振差分引导滤波直方图均衡化图像复原

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浑浊介质中图像对比度与成像方式的关系

物理学报 2016年第8期65卷 123-129页

作者：田恒朱京平张云尧管今哥侯洵西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室陕西省信息光子技术重点实验室西安710049

浑浊介质中图像对比度的物理增强方法一直是研究热点,目前学者们提出的距离选通成像、偏振差分成像和偏振距离选通成像均能提高图像的对比度,但提高效果与成像距离的关系尚不明确.本文分别利用以上三种成像方式及普通强度成像对处于不... 详细信息

浑浊介质中图像对比度的物理增强方法一直是研究热点,目前学者们提出的距离选通成像、偏振差分成像和偏振距离选通成像均能提高图像的对比度,但提高效果与成像距离的关系尚不明确.本文分别利用以上三种成像方式及普通强度成像对处于不同浓度浑浊介质中的目标进行成像,研究了图像强度和对比度随成像距离的变化情况.结果表明:从滤除的散射光强来看,偏振距离选通成像最优,而偏振差分成像在成像距离较远时优于距离选通成像;三种成像方式滤除的散射光强值趋于稳定的阈值距离各不相同;对比度改变相同量时,偏振距离选通成像对应成像距离的变化量最大,偏振差分成像次之,强度成像最小,且均与散射系数成反比.本文对浑浊介质成像效果及机理的分析,对进一步提高浑浊介质中目标的分辨及识别具有重要意义.

关键词：偏振差分距离选通偏振距离选通对比度

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复杂水下环境的目标偏振成像探测技术

复杂水下环境的目标偏振成像探测技术

作者：梁磊桂林电子科技大学

学位级别：硕士

偏振作为光的固有属性,能够反映物体表面众多物理特征,探测出普通光学成像未能感知的信息,因而受到广泛关注。近年来,偏振成像探测技术已应用在包括大气卫星遥感观测、军事目标探测、极地及深海观测等诸多领域。由于偏振探测具有抑制杂... 详细信息

偏振作为光的固有属性,能够反映物体表面众多物理特征,探测出普通光学成像未能感知的信息,因而受到广泛关注。近年来,偏振成像探测技术已应用在包括大气卫星遥感观测、军事目标探测、极地及深海观测等诸多领域。由于偏振探测具有抑制杂乱背景、获取被测目标有效信息的独特优势,使得水下偏振探测技术得以快速发展。该技术能有效抑制介质的散射光,实现被测目标场景复原。本文基于偏振差分成像模型研究水下环境偏振与图像处理技术,主要包括以下三个方面的工作:首先,文章基于水下成像与偏振探测技术的调研工作,为实现水体强散射环境下目标场景图像更好的恢复效果,通过分析偏振差分成像的水下物理退化模型,对传统水下偏振差分成像模型在图像处理过程中出现失真进行改进,利用散射背景与被测目标偏振度的差异,通过局部背景散射区域偏振度与整幅图像偏振度做差凸显被测目标,从而得到目标透射光辐射强度的估算值,同时引入修正参数对目标透射光辐射强度进行修正,有效避免传统水下偏振差分成像模型中由全局参量直接反演场景图像造成的图像失真和局部灰度值为负数的情况。从浑浊介质散射环境以及水下成像的光源等角度出发,探讨并设置基于线偏振光主动照明的水下目标同步成像探测实验。其次,利用FD-1665 3CCD偏振成像仪进行成像,使用脱脂牛奶配制浑浊介质试剂模拟水下浑浊介质环境进行实验获取偏振图像数据。通过引入客观图像质量评估参数对处理结果进行对比分析。同时为进一步验证偏振成像的可靠性,采用不同表面特性材料目标进行验证实验。结果表明,针对三种不同表面特性材料目标,改进后的模型成像效果相较于传统偏振差分成像模型,图像对比度分别提高了61%、40%、45%。最后,从模拟水体介质粒子的均匀性与自然水体环境下介质粒子非均匀间的差异性、光路传输中高盐度与光路折射率间的关系这两个角度出发,设置实验并进行图像数据处理。选用不同表面特性材料进行验证实验。在内陆河流自然水体实验中,通过对不同被测目标图像场景的复原,相较于传统偏振差分成像模型,改进后的模型其复原图像对比度分别提高了50%和62%。在高盐度人工配制海水实验中,改进后的模型其复原图像对比度提高了46%。结果表明:表明改进后的偏振差分成像模型能更有效识别水下目标,这说明该模型具有较好的稳定性和适用性。

关键词：偏振成像偏振差分散射图像处理水下成像

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三维关联成像关键技术与新方法研究

三维关联成像关键技术与新方法研究

作者：朱泳超上海交通大学

学位级别：硕士

关联成像或称鬼成像,近年来获得了广泛的关注,并取得了长足的发展。作为一种非定域成像方式,与传统线性光学成像相比,关联成像具有一系列优点和特色,如强抗噪声能力,突破传统衍射极限,低于Nyquist采样极限成像,弱光成像等等。由于其巨... 详细信息

关联成像或称鬼成像,近年来获得了广泛的关注,并取得了长足的发展。作为一种非定域成像方式,与传统线性光学成像相比,关联成像具有一系列优点和特色,如强抗噪声能力,突破传统衍射极限,低于Nyquist采样极限成像,弱光成像等等。由于其巨大的应用潜力,对关联成像的研究已经逐渐从基础机制研究转移到其实际应用的探讨,在诸如遥感成像,生物医学成像,光学加密等领域均取得了突破性的进展。其中,对目标三维信息的获取在许多领域均具有重大的应用。因此,三维关联成像技术的研究尤为引人注目。本文着重研究三维关联成像中的关键技术,以及探讨新的三维关联成像方法,主要包括以下几个方面:1)分析三维关联成像在近远场条件下的不同成像机制和实现方式。在近场条件下,三维关联成像主要利用热光散斑场的三维关联特性获取目标的三维切片图,从而重构三维目标。具体的实现方式有传统热光三维关联成像和预置光源计算式三维关联成像;在远场条件下,三维关联成像主要是利用激光测距原理与关联成像相结合,获取目标的纵向和横向信息,从而恢复三维目标。2)具体分析了远场三维关联成像系统中的关键技术。提出了一套基于数字微镜阵列(DMD)预置光源计算式的远场三维关联成像系统方案,详细介绍了系统的各个模块组成,包括发射模块,大气传输,接收模块,以及采用的成像算法等,并进行了外场系统样机的测试,最终实现了远距离高分辨率三维成像。3)提出并通过实验演示了多种新型三维关联成像技术,包括:?周期衍射三维关联成像。利用周期衍射效应,以简单低成本的方式实现了三维成像,并具有穿透散射介质成像的能力;?双目视差三维关联成像。利用关联算法,改进了双目视差中的图像匹配方式,实现了对平滑表面物体高精度的三维成像;?偏振差分三维关联成像。利用偏振效应,实现了关联成像对目标的分类成像以及背景滤除,并探讨其在三维成像中的应用。这些方案适用于不同的应用场合,进一步拓展了三维关联成像在实际领域中的应用。

关键词：关联成像鬼成像三维成像周期衍射双目视差偏振差分