[发明专利]融合偏振信息的快速水下图像增强方法

权利要求书

1.融合偏振信息的快速水下图像增强方法，其特征在于：利用Stokes矢量将原有的难以求解的最优差分分量问题转化为若干个易于求解的一次优化问题，并通过迭代得到满足条件的增强后的图像；所采用的步骤如下：

步骤1：计算整幅图像的全局参数；

步骤2：利用参数求解图像的最优差分图像；

步骤3：求解后向散射光的偏振度；

步骤4：利用最优差分图像和后向散射光偏振度求解出目标物体反射光的偏振度；

步骤5：估计出增强图像。

2.根据权利要求1所述的融合偏振信息的快速水下图像增强方法，其特征在于：所述步骤1中，计算整幅图像的全局参数具体方法如下：

基于Stokes矢量的偏振成像方法通常以任意方向为0°参考方向，再按照参考向分别旋转偏振片45°，90°和135°获得另外三幅偏振方位图像，其强度分别记作I(0)，I(45)，I(90)和I(135)；根据Stokes矢量的定义式，联立方程组，可以求解出Stokes参数为：

S₀＝I(0)+I(90) (1)

Q＝I(0)-I(90) (2)

U＝I(45)-I(135) (3)

其中，S₀是场景的总光强，即与图像的整体强度相等，即S₀＝I；Q是水平方向和垂直方向的强度差；U是45°和135°方向的强度差；偏振度和偏振角的表达式可以分别表示为：

3.根据权利要求2所述的融合偏振信息的快速水下图像增强方法，其特征在于：所述步骤2中，利用参数求解图像的最优差分图像的具体方法如下：

根据马吕斯定律可知，当后向散射光偏振方向与相互正交的检偏器透过方向均为45°时，偏振差分成像可以通过光学检偏器的共模抑制作用来滤除后向散射光；此时，从检偏器处可以获得两种图像：当透光轴平行于θ方向，所摄图像为I_||(θ)，而当透光轴垂直于θ方向，则所摄图像为I_⊥(θ)，后续简写为I_||和I_⊥；根据Stokes矢量的物理意义，光经过相互正交检偏器调制后，其光强分别变为：

I_||(i)＝I_i-sin(2θ_A)·Q_i+cos(2θ_A)·U_i (6)

I_⊥(i)＝I_i+sin(2θ_A)·Q_i-cos(2θ_A)·U_i (7)

其中，i表示后向散射光(A)和目标物体反射光(T)；由偏振差分原理有：

I_pd(A)＝I_||(A)-I_⊥(A)＝Q_A·sin(2θ_A)-U_A·cos(2θ_A) (8)

I_pd(T)＝I_||(T)-I_⊥(T)＝2(cos(2θ_A)·U_T-sin(2θ_A)·Q_T) (9)

其中，I_pd(A)和I_pd(T)分别表示后向散射光和目标反射光的差分分量；由于tan(2θ_A)＝U_A/Q_A，代入式(8)中可得I_pd(A)＝0，滤除了后向散射光后，剩下的仅有目标反射的差分分量，即：

I_pd＝I_||-I_⊥＝I_pd(A)+I_pd(T)＝2(cos(2θ_A)·U_T-sin(2θ_A)·Q_T) (10)

在图像增强技术中，通常认为目标反射光为有用信息，而后向散射光作为杂散光应当被滤除；因此，目标反射光的偏振分量I_pd即为最优偏振差分分量。