[发明专利]一种基于偏振特征的透明物体表面反射光分离方法

说明书

本发明属于图像处理领域，涉及一种基于偏振特征的透明物体表面反射光分离方法。包括以下步骤：(S1)采集偏振图像，并进行预处理；(S2)对预处理后的图像进行偏振解算，得到平行方向和垂直方向光强图像；(S3)利用平行方向和垂直方向光强图像对反射图像进行分离；(S4)求取分离后反射光图像和透射光图像归一化互相关；(S5)反射主导像素点和透射主导像素点提取与互相关求和；(S6)利用梯度下降法求解归一化互相关最小值，得到对应的透射光偏振度和反射光偏振度，实现反射光分离。本发明方法能够实现透明物体表面反射光和透射光的分离，具有良好的分离效果。通过对反射光进行分离，能够有效提取反射信息，并对透射图像进行杂波抑制和增强。

技术领域

本发明属于光学图像处理领域，涉及可见光偏振图像信息的处理与分析，实现了一种透明物体表面反射光的分离方法。

背景技术

利用探测器对玻璃等透明材质背后的景物进行成像时，获取的图像由两部分组成：透射光部分和反射光部分。由于透明物体表面反射和透射过程是同时发生的，所以反射光和透射光往往混合在一起，相互影响。随着现代化城市建设及家庭室内装修过程中，玻璃、塑料等具有透光和反光效应的材料被大量采用，透明物体表面透射光和反射光的分离及反射光抑制问题引起国内外学者的广泛关注和重点研究。一方面，反射光会在物体表面呈现虚像，掩盖玻璃背后景物的颜色细节等属性，当入射光光源较强时，还会在物体表面形成高亮区域，影响图像的品质，给计算机处理和人眼识别带来较大问题。另一方面，通过对反射光进行提取和分析，能够获取反射光源强度、位置和周围环境等信息，具有一定的应用价值。因此，透明物体表面反射光和透射光分离是计算机视觉领域中十分具有挑战性的任务，对图像分割、目标识别、立体匹配等应用具有重要的意义。

现有的反射光分离方法大致可以分为两类：一是基于图像特征的，如相机虚焦引起的反射景物边缘模糊特征、玻璃前后表面同时反射产生的重影特征等。由于反射光图像和透射光图像相互干扰、彼此重叠，单纯的基于图像特征的反射光分离效果并不理想；二是基于物理属性的，如光波反射过程中产生的偏振特征等。由于玻璃表面反射光和透射光具有明显的偏振效应，且反射光和透射光的偏振特征具有明显的差异，因此利用反射光的偏振特征能够实现反射光的分离，且相对于单纯的基于图像特征的反射光分离方法，具有更好的分离效果和稳定性。

发明内容

针对透明物体表面反射光分离问题，通过对反射区域偏振特征进行分析，结合透射光图像和反射光图像之间的相关性，利用梯度下降法求解透射光图像和反射光图像归一化互相关最小值，得到相关性最小时对应的反射偏振度和透射偏振度。然后根据透射光和反射光在透明物体表面垂直方向上和平行方向上的分布关系，通过偏振正交差分算法，利用反射光偏振度和透射光偏振度实现反射光分离。具体技术方案如下：

一种基于偏振特征的透明物体表面反射光分离方法，包括以下步骤：

(S1)采集可见光偏振图像，并进行预处理；

(S2)对步骤(S1)中预处理后的图像进行偏振态解算，计算得到平行方向光强图像和垂直方向光强图像；

(S3)选取初始的反射光偏振度和透射光偏振度并结合平行方向光强图像和垂直方向光强图像对反射光和透射光混合图像进行分离；

(S4)求取初始分离后反射光图像和透射光图像的归一化互相关；

(S5)反射主导像素点和透射主导像素点提取与互相关求和；

(S6)利用梯度下降法求解归一化互相关最小值，得到最小值对应的透射光偏振度和反射光偏振度，从而实现反射光的分离。

优选地，所述步骤(S1)中的预处理包括：包括图像校正、滤波、配准和裁剪。

优选地，所述步骤(S2)中平行方向光强图像和垂直方向光强图像解算过程为：

根据偏振光的表示形式，确定偏振光在不同起偏角下的光强计算公式为：