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基于偏振数字图像的特征提取及处理方法研究

2017-04-01乔娟

数字技术与应用 2016年10期
关键词:目标识别

摘要:一般的成像就只能探测一定光波段的强度,而偏振成像探测可以获得目标的光谱、强度、偏振态等参数。以一种人工目标为研究对象,对其进行单波段偏振成像探测试验,结果表明,目标的偏振信息参数能够较好的描述物体不同的表面取向,是一种能较好地把人工目标从自然背景中识别出来的手段,提高了背景与目标的对比度,可以作为人工目标识别的辅助方法。

关键词:偏振成像 对比度 目标识别

中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2016)10-0070-01

1 引言

从实际成像的应用来讲,由于光在传播的过程中,将会受到一定的晨雾的散射和反射,使成像系统的获得的图像变得模糊、能见度低、对比度下降以至于难以探测、区分目标信息,从而丢失大量重要信息,不能及时对当前情况做出及时、准确的判断。利用偏振成像系统检测并分析这些偏振信息,可以反演出目标的本征属性,特别是以偏振度参数图像显示的目标状态特征,能够较好的表征不同材质尤其是人工目标区别于背景的特征[1]。

2 偏振度参数的物理意义及数学描述

在一般情况下,场矢量的变化既非完全规则,亦非完全无规则,因而我们可以说这光是部分偏振的。这种光通常由非偏振光经反射散射而产生[2]。表示光的偏振态有两种方法,一种是由美国物理学家Jones R C[3]在1941年第一次提出的矢量法,用来表示完全偏振光的方法;另一种则是Stokes[4]于1852年引进的矢量法,用來表示部分偏振光研究中的具有光强度量纲的参量,由于都是实数,计算较为简单方便。在偏振遥感技术应用领域中,一般都采用矢量来描述准单色平面波的偏振状态。

3 偏振成像检测机理

光的偏振态可以由斯托克斯矢量表示,

式中,参量显然代表总光强,、代表总光强中的线偏振部分,等于右旋和左旋圆偏振光检测装置透射光强度之差。 用斯托克斯参量表示时,原有波的偏振度也即DOP,

由此可见,斯托克斯参量正像相干矩阵一样,给系统分析准单色波的偏振态提供了一个有力工具。

4 实验仪方法及结果分析

系统的组成主要是控制两个LCVR的输入电压,设置4组不同的相位延迟值,来得到4幅不同偏振态的图像强度值,利用矩阵反演得到斯托克斯矢量的4个分量,经数据处理及视觉系统,实现目标的全偏振探测。其中光学镜头为长春理工大学设计,P为孔径为2cm的偏振片,该系统可分时获得同一波段(532nm)的四幅不同偏振态的强度图像,仪器的光学系统的焦距为1300mm,采用1392×1040面阵CCD探测器,量化精度为15bit。

实验仿真是针对对比度很低的绿草地和绿色涂层板,将它们放在一起来区分并识别绿色草地和绿色涂层板,所以只进行532nm波段的研究,采用偏振融合方法来提高绿色涂层板的对比度。限于篇幅,以下将对所获得的图像进行两种方法的融合算法,为了显示及图片处理方便,将实验获取得偏振图像转换为双精度,灰度等级为256,在532nm波段对一块涂层板(尺寸为180cm×150cm×3cm)的钢板样品进行探测。为了减少他们之间的反射辐射强度差,选择了实验样板颜色相近的草地作为背景。

由于偏振图像独特的偏振特性,如图1中偏振强度图像(a)反映图像的整体分布良好,但是图像的边缘信息、纹理信息比较弱,而偏振度图像(b)相反,它反映的是边缘和纹理信息丰富。考虑上述各个偏振特性图像的特性,因此将(a)和(b)相互融合处理可以获得符合人类视觉效果的融合图像。通过对(a)和(b)进行融合后,得到(c)和(d),如图2中(c)、(d)所示,长方形线框区域突显了样板在草地中的位置和形状大小。通过对偏振度参数图像处理和分析,认为使用偏振度参数来描述实验对象,可以使背景与目标的对比度明显增大,从而较好地反映物体表面状态特征,增强了对目标的探测和识别能力。

参考文献

[1]孙晓兵,洪津,乔延利.一种基于偏振角参数图像的特征提取方法研究[J].2005.4.

[2]马科斯·玻恩,埃米尔·沃耳夫.光学原理(第七版)[M].北京:电子工业出版社,2009.523-525.

[3]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,1981.321~327.

[4]周秀骥,陶善昌,姚克亚.高等.大气物理学[M].北京:气象出版社,1991.740~746.

收稿日期:2016-08-23

作者简介:乔娟(1990—),女,内蒙古巴彦淖尔人,在读硕士研究生,主要从事数字图像处理方面的研究。

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