基于光学相关技术的最优正交偏振图像获取方法

摘要

光在水下传输时会受到强烈的吸收和散射作用，造成图像对比度大大降低，严重阻碍了水下光电探测技术的发展。其中，水下粒子与光的相互作用产生的后向散射光叠加于含有目标信息的弹道光上影响水下成像效果。因此移除后向散射光的影响有非常重要的意义。 目前，偏振水下场景复原方法需要获取不同偏振方位角图像用以建立偏振成像模型。其中，依靠人眼观察的正交探测方法和基于斯托克斯探测的图像获取方法是主要的两种方法。但是，前者依靠人眼观测，主观因素过强，会引入一定误差，精确度低，后者人为的将不相关的正交偏振图像变得有一定的相关性，造成获得的偏振方位角图像不够准确。本文针对上述偏振图像获取方法存在的不足之处展开研究，提出一种偏振方位角图像获取方法，用于提升水下偏振成像算法的处理效果。 由于本文涉及水下偏振成像技术的研究，为了对其有更深入的了解，对光波的偏振特性及其探测进行了说明，分析了影响水下成像图像降质的原因，阐述了光在水中传输时的特性，建立了水下偏振成像模型，从而引出主动式水下偏振成像技术。通过实验，验证了不同偏振探测方法对水下偏振图像的复原效果。结果表明，正交探测方法及斯托克斯探测方法均能够抑制图像中的后向散射光，提高图像对比度，但这两种探测方法同时也会引入大量噪声。为进一步证明本文提出的偏振方位角图像获取方法的优势，利用概率论中方差的基本理论及公式，通过理论推导，结合目标信号光的计算公式，得到两种图像探测方式引入噪声的程度。 最后，结合光学相关技术，衡量图像的相似程度，并利用图像质量评价参数衡量图像处理结果图，构建相似程度评价参数和图像质量评价参数间的联系，最终获取最优偏振方位角图像。通过实验验证及参数定量分析验证了该方法的有效性及鲁棒性，实验结果表明，本文所述的偏振方位角图像获取方法可以有效获取图像，提高水下偏振成像技术的场景恢复效果。基于光学相关技术的偏振方位角图像获取方法的研究能提升水下恢复场景的清晰度，拓展了偏振成像的应用，并有效解决了目前水下偏振成像技术中图像获取方法存在的缺陷。

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