[发明专利]一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下成像技术领域，具体是指一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法。

背景技术

在水下环境中由于水体对光的吸收和散射作用较大，光能量在水中衰减迅速，水下40米的深度时，自然光中只有黄绿光存在，成像偏振测量技术把信息量从三维（光强、光谱以及空间）扩充到七维（光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振椭率）,在水下利用偏振成像技术能同时得到直观的各偏振参数灰度图和各观测点的详细偏振数据信息。但由于受偏振器件在不同波段透光率不同、透光非均匀性等因素的影响，造成偏振图像存在量测误差和噪声，降低了成像数据的准确性，最终导致计算出的传统的Stokes偏振参数图像存在较大误差和噪声。实际上，在低照度、强散射的水下环境中，很多生物都具有偏振感知能力，它们在感知及利用偏振信息方面具有很大优势，生物的这种视觉机制给我们提供了一个可借鉴的技术路线。

海洋生物螳螂虾拥有世界上最复杂的眼睛结构，不仅能识别线偏振光，而且还能感知圆偏振光，它们借助其视觉优势能在低照度、强散射介质中准确地捕获到各种伪装（颜色跟水体颜色相近）的猎物，同时利用偏振光在散射介质中的传输特性，准确地获取与目标之间的深度信息，并进行准确定位，螳螂虾种类繁多，全世界约有400多种，文中数据主要来源于大趾虾蛄总科中的齿虾蛄科类，它们往往栖居于较深的水域内，为了能看清周围的物体，螳螂虾的眼睛进化得越来越复杂，对黄绿光的偏振感知能力最强。螳螂虾复眼被划分成三个区域：中央带，背部半球以及腹部半球，其中，背部与腹部半球小眼感知线偏振光，中央带第5和第6行小眼感知圆偏振光，螳螂虾的小眼由8个感光细胞构成，分别为R1-R7和R8。根据微绒毛的排列方向分为三组，第一组是R1，R4和R5感光细胞，第二组是R2，R3，R6和R7感光细胞，第三组是R8感光细胞。前两组的感光细胞中微绒毛的排列方向呈组内平行组间垂直状态，形成能够感知一对正交偏振光的感光通道，信号组成一组拮抗，它们通过增强某个信号和抑制另一个信号的拮抗运算方式产生新的响应信号作为感光通道的最终输出。对空间中同一点观察时，背部和腹部半球由R1-R7感光细胞完成30°方向、120°方向、75°方向和165°方向线偏振光的感知，组成四组拮抗信号。中央带第5和第6行小眼感知左旋和右旋圆偏振光组成两组拮抗偏振信号，且R8感光细胞在黄绿光波附为1/4λ波片将感知到的圆偏振光转换成线偏振光，线偏振光的方向分别为-45°和45°。

通过仿螳螂虾视觉感知机制，同时完成线偏振和圆偏振信息的采集和计算，可以研究出更有效的用于表征目标偏振信息的偏振参数及其计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提出一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法。本发明方法包括仿螳螂虾视觉偏振对立感知机制的水下偏振拮抗信号的采集和仿螳螂虾视觉偏振对立感知机制的水下对立偏振参数、偏振度参数、合成光强参数计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法，包括如下步骤：

步骤A，通过仿螳螂虾视觉偏振对立感知机制，采集六个偏振信号，分别是30°、120°、75°、165°四个方向的线偏振光强I(30°)、I(120°)、I(75°)、I(165°)和左旋、右旋两个方向的圆偏振光强I_l、I_r；

步骤B，判断是否采集到六个偏振信号，若是，执行步骤E；否则执行步骤C；

步骤C，判断采集的偏振信号是否包含了三个线偏振光强和一个圆偏振光强，若是，执行步骤D；否则，返回执行步骤A；

步骤D，根据已采集的三个线偏振光强和一个圆偏振光强，通过计算，分别得到未采集到的一个线偏振光强和一个圆偏振光强；

步骤E，组成六组偏振拮抗信号；

将每两个偏振信号组成两组偏振拮抗信号，包括四组线偏振拮抗信号和两组圆偏振拮抗信号；所述四组线偏振拮抗信号分别为：30°/120°、120°/30°、75°/165°以及165°/75°；所述两组圆偏振拮抗信号分别为：左旋/右旋、右旋/左旋；

步骤F，获取偏振拮抗参数；