一种实时双目偏振消光探测方法技术

本发明专利技术公开了一种实时双目偏振消光探测方法，该方法根据反射光的偏振特性，利用偏振消光原理进行消光，即对双路偏振同步初始化，采集路图像采集与处理，消光态判别，探测路实时消光显示。本方法能够有效地消除目标表面强反射光，并且能够随着目标的状态位置改变而进行实时消光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及偏振消光探测，特别是一种实时双目偏振消光探测方法。
技术介绍
由于目标物反射光太强或者物体表面镜面反射，拍摄到的图像会呈现一片亮眼的白色，强烈干扰人眼或其他观测设备对目标物的观察或探测。因此在这种情况下，需要某些前端设备在不影响目标物探测信息的情况下消除强光，利于人眼或其他观测设备对目标物进行观察或探测。针对这种情况，人们设计实现了各种消除强光的系统，常见的系统是在观测设备和目标物之间加一个衰减片以降低光强。但是，这种系统获得的图像整体光强变低，对比度减弱，目标细节分辨率也会降低。还有一种技术就是偏振消光系统，利用偏振片进行消光的机理如图1所示：当光源满足布儒斯特角θB入射时，反射光为完全线偏振光，调整检偏器方位角，当偏振方位角与反射光的偏振方向互相垂直时，由于偏振片的阻光作用，反射光完全不能通过偏振片，从而达到消光的目的；当光源偏离布儒斯特角入射，反射光为部分偏振光，调整检偏器方位角只能消除部分反射光，只要满足入射角在布儒斯特角附近都能有效减弱强光对目标探测的影响。上述消光系统有广泛的应用场景，通常的消光装置主要基于反馈消光、光学消光等。反馈消光是利用电路反馈信号进行调节，从而达到消除强光的目的。文献ZHANGJH，LIULG，ZHUHN，etal.TheHighResolutionPolarizationNullingMeasurementSystemwithMagneto-opticalModulator[J].JournalofOptoelectronics-Laser.2001，12(10)：1041-1042.中公开了一种利用新型磁致调制器和驱动电路对偏振光进行调制的方法，该消光装置的优点是快速实时，缺点是对旋光材料要求高，系统设计复杂；光学消光是利用光的性质对强光进行消除，原理简单，适用性广，效果也很明显。专利CN103345099A中公开了一种基于偏振光消光的成像方法，其中用到的消光装置为单路的偏振片消光，相机每次只能拍摄几个特定角度的偏振图像，有一定的局限性且不能实时消光。专利CN102998667A中公开了一种基于偏振遥感探测的波浪水面太阳耀光剥离方法，利用基于液晶相位可变延迟器的偏振成像探测仪进行水面偏振成像探测，对得到的偏振图像基于时间序列分析和图像融合技术计算得到分离太阳耀光背景下的目标物，这种消光探测装置实时性较差且系统代价较高，设备昂贵，只能用在偏振遥感探测的太阳耀光剥离领域，有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实时双目偏振消光探测方法，以实现实时消除强光，减弱强光干扰对目标探测的影响，从而利于人眼或其他观测设备对目标的观察和探测，且能够较为完整地提取出淹没在强光中目标信息。实现本专利技术的技术解决方案为：一种实时双目偏振消光探测方法，步骤如下：步骤一，双路偏振同步初始化，即采集路、探测路偏振片处于偏振同步状态，使得两路偏振片的偏振方向保持一致，偏振角度差为零；步骤二，采集路图像采集与处理：完成双路偏正同步初始化后，采集路偏振片以一个固定角速度匀速转动，同时采集路CCD相机开始连续采集图像，首先对采集路CCD相机采集到的每一帧图像进行高斯滤波，减少噪声；然后将图像中所有像素点的亮度值求和，得到每一帧图像的像素亮度和；步骤三，消光态判别：将采集路偏振片每转180度过程中，采集路CCD相机拍摄到的所有帧图像的像素亮度和进行判断，找出像素亮度和最大和最小的两帧图像，同时找到获得采集到最小像素亮度和图像时的偏振片角度，判断最小像素亮度和图像对应的偏振片角度即为最佳消光角度，最小像素亮度和与最大亮度和之比即为消光比；步骤四，探测路实时消光显示：在采集路进行消光态判别得到最佳消光角度之后，探测路偏振片立刻转动到最佳消光角度，同时探测路CCD相机开始采集图像，此时探测路CCD相机采集到的图像即为消光之后的图像，采集路偏振片每转一圈，利用接近传感器以减小累计误差，由此完成实时偏振消光。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)利用反射光的偏振特性消除强光，与利用衰减片进行消光的现有方法相比，具有图像对比度高，目标的细节清晰等显著优点，更利于人眼或其他观测设备对目标物的观察和探测，原理简单，效果明显。(2)利用采集路和探测路两路视频系统进行实时消光，采集路信号传输给信号处理系统，信号处理系统进行消光态判别后控制探测路电机快速精准地使该路偏振片旋转到对应的消光角度，使得本专利技术方法可以实时显示消光图像，快速响应场景变动，动态显示探测结果。(3)实时校正系统误差，使用对金属物敏感的接近传感器实时探测系统状态，并周期性校正电机的空回误差，排除系统运行过程中不断产生累积误差的情况，实时的系统误差校正使系统运行稳定性大大提升。(4)控制实现系统上电自动初始化，利用两个接近传感器组件分别获取两路偏振片的位置，并控制两路电机分别带动各自偏振片旋转到相应的初始位置，完成系统的初始化。初始化的目的是使两路偏振片的0°偏振方向角相互平行，即两路具有相同的起始状态。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术偏振消光原理示意图。图2是本专利技术实例采用的双目偏振消光探测装置示意图。图3是本专利技术实例采用的双目偏振消光探测装置的支架示意图。图4是本专利技术方法的原理图。图5是本专利技术实验中利用太阳光为光源，利用本专利技术方法探测波光粼粼的水下目标的探测结果。图6是本专利技术实验中利用灯光为光源，利用本专利技术方法在夜晚探测有强烈反射光的刻字木板的探测结果。具体实施方式结合图4，本专利技术实时双目偏振消光探测方法的步骤如下：步骤一，双路偏振同步初始化，即采集路、探测路偏振片处于偏振同步状态，使得两路偏振片的偏振方向保持一致，偏振角度差为零。所述控制双路偏振片完成双路偏振同步初始化的具体步骤如下：步骤1：对采集路、探测路偏振片的0度偏振方向进行标定，找到偏振片的0度偏振方向；步骤2：利用接近传感器设定双路偏振片的初始位置，并保证在初始位置时，两路偏振片的0度方向保持平行；步骤3：两路偏振片上电前处于任意位置时，控制芯片控制步进电机转动，当采集路、探测路中任意一路偏振片转到步骤2设定的初始位置时，接近传感器发给控制芯片一个感应信号，控制芯片控制该路停止转动，等待另一路偏振片也转到初始位置时，控制芯片收到另一路接近传感器的感应信号，此时上电自动初始化完成，两路偏振片都处偏振同步初始位置。步骤二，采集路图像采集与处理：完成双路偏正同步初始化后，采集路偏振片以一个固定角速度匀速转动，同时采集路CCD相机开始连续采集图像，首先对采集路CCD相机采集到的每一帧图像进行高斯滤波，减少噪声；然后将图像中所有像素点的亮度值求和，得到每一帧图像的像素亮度和。所述采集路图像采集与处理的具体步骤如下：步骤1：控制芯片控制采集路步进电机以一个固定的角速度沿一个方向旋转，同时记录步进电机的前进步数Ki，采集路相机以固定帧频F进行图像采集，控制芯片记录采集路相机每采集到的每帧图像对应的采集路步进电机步数，并且根据采集路步进电机的步进角度ang和初始位置的角度angint，计算出每帧图像对应的偏振角度angi，计算公式如下：angi＝ang×Ki-angint步骤2：对采集路相机采集到的每一帧图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时双目偏振消光探测方法，其特征在于步骤如下：步骤一，双路偏振同步初始化，即采集路、探测路偏振片处于偏振同步状态，使得两路偏振片的偏振方向保持一致，偏振角度差为零；步骤二，采集路图像采集与处理：完成双路偏正同步初始化后，采集路偏振片以一个固定角速度匀速转动，同时采集路CCD相机开始连续采集图像，首先对采集路CCD相机采集到的每一帧图像进行高斯滤波，减少噪声；然后将图像中所有像素点的亮度值求和，得到每一帧图像的像素亮度和；步骤三，消光态判别：将采集路偏振片每转180度过程中，采集路CCD相机拍摄到的所有帧图像的像素亮度和进行判断，找出像素亮度和最大和最小的两帧图像，同时找到获得采集到最小像素亮度和图像时的偏振片角度，判断最小像素亮度和图像对应的偏振片角度即为最佳消光角度，最小像素亮度和与最大亮度和之比即为消光比；步骤四，探测路实时消光显示：在采集路进行消光态判别得到最佳消光角度之后，探测路偏振片立刻转动到最佳消光角度，同时探测路CCD相机开始采集图像，此时探测路CCD相机采集到的图像即为消光之后的图像，采集路偏振片每转一圈，利用接近传感器以减小累计误差，由此完成实时偏振消光。

【技术特征摘要】
1.一种实时双目偏振消光探测方法，其特征在于步骤如下：步骤一，双路偏振同步初始化，即采集路、探测路偏振片处于偏振同步状态，使得两路偏振片的偏振方向保持一致，偏振角度差为零；步骤二，采集路图像采集与处理：完成双路偏正同步初始化后，采集路偏振片以一个固定角速度匀速转动，同时采集路CCD相机开始连续采集图像，首先对采集路CCD相机采集到的每一帧图像进行高斯滤波，减少噪声；然后将图像中所有像素点的亮度值求和，得到每一帧图像的像素亮度和；步骤三，消光态判别：将采集路偏振片每转180度过程中，采集路CCD相机拍摄到的所有帧图像的像素亮度和进行判断，找出像素亮度和最大和最小的两帧图像，同时找到获得采集到最小像素亮度和图像时的偏振片角度，判断最小像素亮度和图像对应的偏振片角度即为最佳消光角度，最小像素亮度和与最大亮度和之比即为消光比；步骤四，探测路实时消光显示：在采集路进行消光态判别得到最佳消光角度之后，探测路偏振片立刻转动到最佳消光角度，同时探测路CCD相机开始采集图像，此时探测路CCD相机采集到的图像即为消光之后的图像，采集路偏振片每转一圈，利用接近传感器以减小累计误差，由此完成实时偏振消光。2.根据权利要求1所述的实时双目偏振消光探测方法，其特征在于：控制双路偏振片完成双路偏振同步初始化的步骤如下：步骤1：对采集路、探测路偏振片的0度偏振方向进行标定，找到偏振片的0度偏振方向；步骤2：利用接近传感器设定双路偏振片的初始位置，并保证在初始位置时，两路偏振片的0度方向保持平行；步骤3：两路偏振片上电前处于任意位置时，控制芯片控制步进电机转动，当采集路、探测路中任意一路偏振片转到步骤2设定的初始位置时，接近传感器发给控制芯片一个感应信号，控制芯片控制该路停止转动，等待另一路偏振片也转到初始位置时，控制芯片收到另一路接近传感器的感应信号，此时上电自动初始化完成，两路偏振片都处偏振同步初始位置。3.根据权利要求1所述的实时双目偏振消光探测方法，其特征在于：采集路图像采集与处理的具体步骤如下：步骤1：控制芯片控制采集路步进电机以一个固定的角速度沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁祺，顾国华，阴盼强，赵蓉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32