[发明专利]一种分光偏振光谱信息同步处理方法及系统

说明书

本发明公开了一种分光偏振光谱信息同步处理方法及系统，该系统包括下位机和上位机，其中下位机通过分光与三个CMOS相连获取同一波段同一主光轴下的三个不同方向的偏振图像；上位机通过USB口与下位机相连，将下位机获得的三个不同方向的偏振图像进行存储，采用相位相关法对三幅偏振图像进行位移变化矫正，采用线性调谐方法进行偏振参数计算得到四幅偏振参数图像，最后基于PCA方法融合偏振参数图像和偏振度图像，得到偏振特征图像，并基于双通道PCNN对偏振特征图像和合成光强图像进行融合显示。通过本发明可以实现偏振光谱信息的有效获取并且能够提高成像质量。

技术领域

本发明属于图像采集与处理技术领域，具体涉及一种分光偏振光谱信息同步处理方法及系统。

背景技术

偏振成像是在实时获取目标偏振信息的基础上利用所得到的信息进行目标重构增强的过程，它能够提供更多维度的目标信息，是一项具有巨大应用价值的前沿技术，特别适合于隐身、伪装、虚假目标的探测识别，在雾霾、烟尘等恶劣环境下能提高光电探测装备的目标探测识别能力。

偏振是光的基本特性之一，任何目标在反射和发射电磁辐射的过程中都会表现出由其自身特性和光学基本定律所决定的偏振特性。通过成像获得场景在不同偏振状态下的信息，可对具有偏振-光强差异的目标及背景进行有效区分，进而实现复杂背景下弱目标的检测与识别。因此，近些年偏振成像探测在气象环境科学研究、海洋的开发利用、空间探测、生物医学以及军事应用等方面受到了越来越多的重视。

目前得到应用的偏振成像探测装置主要有三种：(1)分时成像的方式。该方式通过旋转安装在镜头前的偏振片和波片以获得不同偏振方向的图像。其结构简单、易实现，但是很难实现对运动目标偏振成像。(2)分焦平面的方式。该方式采用特殊工艺制作的成像器件，其上的每一个像素分别对应不同偏振方向，并按照类似彩色图像传感器中RGB分布的Bayer格式进行排布。该方式不仅可以实现同时偏振成像，而且无需额外的分光器件，易于实现仪器的小型化，但分焦平面器件的制作工艺复杂且未实现产品化。(3)通道调制的方式。该方式采用三台相机组成三通道同步成像系统，分别采集不同方向的偏振图像，再通过图像空间配准算法将不同方向偏振图像的重叠区域进行像素对齐。该方式能够实时成像且硬件复杂度低具有较低；但由于三通道的畸变参数及拍摄视角存在差异，如不能合理地校正，会使得偏振图像存在误差，影响后续的处理。(4)分振幅的方式。该方式通过分光器将入射光分为几路，各路光线经过不同偏振方向的偏振片后进入相应的探测器。该方式实现多方向偏振信息的同步采集，但是设备过于庞大。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种分光偏振光谱信息同步处理方法及系统，通过控制分光偏振光谱采集装置获得目标某个波段下的三幅不同方向的偏振图像，并通过位移变化和偏振计算最后融合显示最终的成像结果。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种分光偏振光谱信息同步处理方法，包括如下步骤：

(1)采集并存储三个CMOS图像传感器同时获取的目标0°方向、45°方向和90°方向的三幅偏振图像；

(2)采用相位相关法对三幅偏振图像进行位移变化矫正，并采用线性调谐方法进行偏振参数计算，得到四幅偏振参数图像；

(3)基于PCA方法融合偏振参数图像和偏振度图像，得到偏振特征图像，并基于双通道PCNN对偏振特征图像和合成光强图像进行融合显示。

作为优选，所述步骤(2)中偏振参数计算的方法为：

S_v＝k₁I_90°-k₂I_0°-c_vI_45°