[发明专利]一种红外偏振超像元辐射光强图像分辨率还原方法

说明书

本发明公开了一种红外偏振超像元辐射光强图像分辨率还原方法，涉及红外图像处理领域，步骤为：1.获取探测器采集到的相互正交的任意两组偏振角度的像元数据，并对其进行预处理，得到M×N阶偏振数据矩阵，通过对偏振数据矩阵进行分割，得到四个偏振强度数据；2.对偏振数据矩阵进行卷积处理，得到四个相关梯度矩阵，利用四个相关梯度矩阵求取偏振数据矩阵对应的相关梯度因子矩阵；3.对四个偏振强度数据分别进行双线性插值，得到四个偏振光强矩阵，利用相关梯度因子矩阵对四个偏振光强矩阵进行梯度修正，得到四个偏振角度的还原矩阵；4.利用四个还原矩阵计算出探测器的辐射光强图像。本方法解决了现有方法对偏振光图像分辨率还原度差的问题。

技术领域

本发明涉及红外图像处理领域，具体涉及一种红外偏振超像元辐射光强图像分辨率还原方法。

背景技术

红外偏振成像技术是利用物体在发射、散射、反射以及透射电磁波的过程中产生的偏振信息进行成像，不同物体或同一物体的不同状态(如粗糙度、含水量、材料理化特性特征等)在热红外波段往往具有不同的偏振状态。该技术能很好地区分热辐射相同但偏振特性不同的目标和背景，能有效地揭示目标表面的形状结构、纹理、粗糙度等特点。

红外偏振探测常用的技术手段包括分时偏振成像系统、分束偏振成像系统和集成微偏振片阵列红外成像系统。其中，分时偏振成像系统通过在同一场景下旋转红外探测器前的偏振片，从而获取不同角度的偏振光输入，该系统可以获得和红外探测器相同分辨率的四幅偏振强度图像，但其缺陷在于实时性很差，多用于实验室，很难适应实际应用需求。分束偏振成像系统通过分波前或分振幅等手段将输入光分为多束，通过多个偏振片和红外探测器获得不同角度的偏振光输入，该系统可以实现实时解析，获得的辐射光强图像分辨率也和探测器分辨率一致，但其缺陷在于使用成本非常高，设备体积大，同样很难适应实际应用需要。

集成微偏振片阵列红外成像系统是目前市场应用的主流方法，该方法通过在红外探测阵列的阵列元前周期性集成不同角度的微偏振片，从而实现实时获取不同角度的偏振光输入。该方法的缺陷在于获取的每个角度的偏振光图像分辨率只有探测器分辨率的四分之一，通过传统的双线性插值将其分辨率还原得到的图像边缘较为模糊，不连续且锯齿感强烈，原因是双线性插值是取相邻像元灰度的均值作为插值结果，没有考虑灰度的变化趋势，在梯度变化较大的区域容易出现不连续或锯齿状，使图像边缘界限不清晰，观感模糊且锯齿感强烈。目前还没有一种理想的插值算法可以很好的对偏振光图像进行分辨率还原。

发明内容

本发明的目的在于：为解决现有的集成微偏振片阵列红外成像系统利用传统的双线性插值法对偏振光图像分辨率还原度差的问题，提供了一种红外偏振超像元辐射光强图像分辨率还原方法。本方法利用超像元中不同角度偏振信息的梯度相关性，还原出了高质量的辐射光强图像。且后续偏振度偏振角图像的计算是基于插值后的四个角度的图像，插值结果更准确可以提升偏振度偏振角图像的质量。

本发明采用的技术方案如下：

一种红外偏振超像元辐射光强图像分辨率还原方法，包括以下步骤：

步骤1：获取探测器采集到的相互正交的任意两组偏振角度的像元数据，并对其进行预处理，得到M×N阶偏振数据矩阵O(M,N)，通过对偏振数据矩阵O(M,N)进行分割，得到偏振强度数据其中，偏振强度数据中标注的上标表示超像元中偏振光栅角度对应的位置、下标表示读取或计算出的偏振角度；

步骤2：对偏振数据矩阵O(M,N)进行卷积处理，得到相关梯度矩阵，利用相关梯度矩阵求取偏振数据矩阵O(M,N)对应的相关梯度因子矩阵；

步骤3：对偏振强度数据分别进行双线性插值，得到偏振光强矩阵利用相关梯度因子矩阵对偏振光强矩阵进行梯度修正，得到四个偏振角度的还原矩阵I_a₁、I_a₂、I_a₃、I_a₄；