[发明专利]用于目标检测的自适应偏振信息采集与计算方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于目标检测的自适应偏振信息采集与计算方法及装置，方法包括：根据拍摄时刻的太阳高度角调整云台角度；调节偏振片方向采集目标在0°方向、45°方向和90°方向三个偏振方向的偏振图像；基于采集的偏振图像计算出目标的0°方向、90°方向、45°方向和135°方向偏振参数以及偏振度图像；装置包括偏振信息采集单元，自动调整相机拍摄角度与偏振片角度；偏振信息计算单元，基于采集的三个方向的偏振图像计算得到水面目标的偏振参数信息；以及控制单元，包括采集控制、存储控制、偏振信息计算控制等模块。本发明可以实现水面目标偏振信息的有效获取。

技术领域

本发明涉及一种用于目标检测的自适应偏振信息采集与计算方法及装置，属于光学仪器技术领域。

背景技术

将图像和视频的处理方法应用于检测和识别水面目标始于20世纪90年代，偏振成像技术是近些年才得到快速发展的成像技术。对于水面目标的检测方法，国外很多学者已进行了大量的研究，目前常用的水面目标检测方法根据数据获取方式的不同分类，主要有以下几种：基于雷达图像的水面目标检测，基于红外图像的水面目标检测和基于可见光图像的水面目标检测。

由于水面环境存在强烈的水面镜面反射现象，会在传统目标成像过程中引入大量噪声，利用目标的光强和光谱信息很难完成目标与背景之间的分离。振成像技术是近几年来发展迅速的新型成像技术，较一些传统成像技术来说具有明显的优势，主要体现在：减小在成像过程中的水面镜面反射的干扰因素，从而提高目标的成像质量；使目标中的偏振特性可以作为目标检测的又一特征，且偏振信息较普通的光强信息来说更加稳定。在理想状态下，当太阳的入射角为布儒斯特角53°，即太阳高度角为37°时，反射光全部不能通过偏振片，平静的水面将使太阳光的反射光线达到完全偏振，水体不存在镜面反射。但在实际环境中有多种外界因素干扰，同时受限于成像设备，无法真正做到滤除水面镜面反射光，但根据这一结论，可以在一定程度上减弱水面镜面反射在偏振成像过程中引入的噪声，这样就可以提高水面目标偏振成像的质量，这也有利于提高后续的目标检测正确率。

发明内容

发明目的：本发明针对水面场景应用需求，提供一种用于水面目标检测的自适应偏振信息采集与计算方法及装置，通过偏振图像采集装置获得目标图像，基于采集的三个方向的偏振图像计算得到水面目标的偏振参数信息，用于实现水面目标检测。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于目标检测的自适应偏振信息采集与计算方法，包括如下步骤：

(1)根据拍摄时刻计算得到太阳高度角，调整云台角度使得相机与水面的拍摄角与太阳高度角沿水面法向量对称；

(2)调节偏振片方向采集目标在0°方向、45°方向和90°方向三个偏振方向的偏振图像；

(3)基于采集的偏振图像计算出目标的0°方向、90°方向、45°方向和135°方向偏振参数S_h、S_v、S_d和S_r以及偏振度图像DoP，其中：

S_h＝k₁*I(0°)-k₂*I(90°)

S_v＝k₃*I(90°)-k₄*I(0°)

S_d＝(k₅+k₆)*I(45°)-k₆*(I(0°)+I(90°))

S_r＝k₇*((I(0°)+I(90°))-(k₇+k₈)*I(45°)