[发明专利]基于正交偏振图像拉伸和偏振度关联的图像去雾方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像去雾复原方法，尤其涉及一种基于正交偏振图像灰度直方图拉伸和 偏振度关联的偏振图像去雾方法。

背景技术

偏振信息作为光波的基本物理信息之一，它可以提供其它光波信息所不能提供的被 测物信息。偏振城像技术便是基于此思想发展起来的新型光学探测技术，尤其是在强散 射环境下，基于偏振成像技术的目标探测和识别具有其它成像方式无法比拟的独特优势 和特殊应用。该领域具有奠基性的是以色列的Schechner小组的研究，假设进入探测器 的光由两部分构成，一部分是物体实际反射的光，另一部分是经由散射介质粒子散射进 入探测器的光；该小组认为来自物体的反射光偏振度为0，粒子散射光具有一定的偏振 度，从而构建了散射介质下偏振成像简化模型。但是实际情况中，散射介质(浑浊液体， 雾霾等)对物体具有一定的光强度调制作用，从而导致获取的物体反射光的光强分布偏 离真实值。

传统的偏振成像简化模型对低浓度的散射介质具有较为明显的复原效果，但是对于 较强散射介质效果一般。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提出一种基于正交偏振图像拉伸和偏振度关联的图像去 雾方法，基于散射介质对物体散射光的影响，通过对正交偏振态的两幅图进行直方图拉 伸预处理，抑制散射介质对物体反射光的调制，从而复原出散射介质中物体原始反射光 强，实现含雾图像的去雾复原方法。

本发明的一种基于正交偏振图像拉伸和偏振度关联的图像去雾方法，该方法包括以 下步骤：

步骤1、获取正交偏振状态下的两次光强图I^||和I^⊥；

步骤2、对光强I^⊥对应的光强图进行直方图拉伸，降低散射介质对物体反射光的光 强度调制效应，获取更准确的物体反射光信息，得到直方图拉伸修正后的光强图为：

其中，I_⊥表示与偏振光偏振态垂直时的光强图，m表示探测相机的位数，max(·)和 min(·)分别表示求图像中像素的最大值和最小值；

步骤3、根据偏振度关联得到修正后的I^||光强图为：

其中，P表示场景的偏振度；

步骤4、对修正后的两次正交偏振状态下光强信息进行归一化处理后，分别做和、 差处理，得到总光强I和偏振差ΔI；

I(x,y)＝I_||-cor(x,y)+I_⊥-cor(x,y)

ΔI(x,y)＝I_||-cor(x,y)-I_⊥-cor(x,y)

步骤5、通过差分偏振复原模型计算得到复原图像

根据偏振差分ΔI，透射率t(x,y)表达式为：

其中，P_scatt表示背景区域的偏振度，A_∞表示背景区域的光强；

根据透射率t(x,y)表达式及总光强I，得到实际物体反射光L(x,y)表达式为：

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

1、本发明方法将直方图拉伸和正交图像偏振关联相结合，应用到偏振图像去雾复 原领域，修正后的正交偏振光强计算得到的复原图像与传统复原方法相比，图像质量提 升明显；降低散射介质对物体反射光的光强度调制效应，获取更准确的物体反射光信息， 从而大大提高了复原图像的清晰度；

2、本发明方法针对于各类散射介质环境下的图像去雾复原问题，特别是强散射介 质，可弥补传统方法在强散射环境下效果差的不足，适用范围更加广泛；

3、本发明方法只需对正交偏振态的光强进行图像预处理，结合传统的物理模型即 可实现图像的复原，操作简单、效果明显。

附图说明

图1为散射介质环境(以浑浊水下为例)成像系统装置示意图；

图2为算法流程；

图3为散射介质中原始光强图；

图4为两次正交偏振状态下光强图：(a)水平偏振态光强图(b)垂直偏振态光强 图；

图5为拉伸关联后正交偏振光强图：(a)水平偏振态光强图(b)垂直偏振态光强 图；

图6为该方法复原后的去雾后图像：(a)与Schechner方法的去雾后图像(b)的 对比；

图7为该方法针对高浓度散射介质场景下(a)的去雾复原图像(b)；

附图标记：