【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下偏振成像，特别是涉及一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法。
技术介绍
1、水下视觉任务受到水体吸收和浑浊介质散射的影响，导致图像对比度下降，细节难以分辨，主要问题在于后向散射光的干扰。为解决这一问题，水下偏振成像技术充分利用了后向散射光的部分偏振特性，成功地还原了受水下环境影响的图像。采用这项技术有助于减轻水下成像中的散射干扰，改善图像质量，提高对水下环境的观察和理解能力。
2、目前，人们利用目标反射光和后向散射在频域上的差异对后向散射光抑制，但目前基于频域的水下偏振成像方法只能适用于单一偏振特性目标的水下图像复原，而无法实现复杂偏振特性目标的有效复原，且单一目标函数和不限制目标光偏振度的优化导致复原图像过曝或过暗不能提升最终成像质量。与此同时，传统的水下偏振成像中对先验知识和人机交互的需求，限制了水下成像技术的应用范围，且无法实现水下偏振图像的自动复原。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决传统水下偏振成像方法只能适用于单一偏振特性目标的水下图像复原，单一目标函数和不限制目标光偏振度的优化导致复原图像过曝或过暗，以及目前水下偏振成像方法对先验知识和人机交互的需求，限制了水下成像技术的应用范围，且无法实现水下偏振图像的自动复原等问题，本专利技术提出了一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，能够实现针对低偏振特性目标、高偏振目标以及高低偏振特性混合目标的水下图像自动复原，有效解决了传统水下偏振成像方法中人机交互和图像背景区域限制的问题
2、技术方案：一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，包括以下步骤：
3、步骤1：获取共线偏振图像i∥和交叉偏振图像i⊥，水下图像总光强为共线偏振图像i∥与交叉偏振图像i⊥之和，所述共线偏振图像i∥由共线目标光强度t∥和共线后向散射光强度b∥组成，交叉偏振图像i⊥由交叉目标光强度t⊥和交叉后向散射光强度b⊥组成；根据共线目标光强度t∥与交叉目标光强度t⊥计算目标光偏振度pobj，根据共线后向散射光强度b∥与交叉后向散射光强度b⊥计算后向散射光偏振度pscat，以此建立目标光成像模型和后向散射光成像模型；
4、步骤2：基于后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围，建立目标光偏振度边界模型；
5、步骤3：采用互信息函数表征目标光成像图像与后向散射光成像图像之间相关性，建立目标光成像图像的水下图像对比度评价函数，以边界受限的目标光偏振度和后向散射光成像模型中的截止频率为自变量，以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数，利用双目标优化算法寻找满足互信息最小且目标光成像图像的水下图像对比度评价函数最大的最优解集；
6、步骤4：建立图像质量评价函数，从最优解集合中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的最优解；将该最优解带入目标光成像模型中，得到最终成像结果。
7、进一步的，步骤1中，所述的根据共线目标光强度t∥与交叉目标光强度t⊥计算目标光偏振度pobj，根据共线后向散射光强度b∥与交叉后向散射光强度b⊥计算后向散射光偏振度pscat，以此建立目标光成像模型和后向散射光成像模型，具体包括：
8、根据共线目标光强度t∥与交叉目标光强度t⊥计算目标光偏振度pobj，表示为：
9、
10、根据共线后向散射光强度b∥与交叉后向散射光强度b⊥计算后向散射光偏振度pscat，表示为：
11、
12、所述目标光成像模型，表示为：
13、
14、所述后向散射光成像模型，表示为：
15、
16、其中，f-1，f为傅里叶逆变换和傅里叶变换，d(u,v)代表频谱中两点间距离，d0为截至频率。
17、进一步的，所述的基于目标信息光强度模型、后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围，建立目标光偏振度边界模型，表示为：
18、
19、式中，(·)min为寻找最小值操作。
20、进一步的，所述的采用互信息函数表征目标光成像图像与后向散射光成像图像之间相关性，表示为：
21、
22、式中，mi(t,b)为互信息，prob(t,b)为联合概率分布函数，prob(t)为根据目标光成像模型所对应的灰度值得到第一边缘概率分布函数；prob(b)为根据后向散射光成像模型所对应的灰度值得到第二边缘概率分布函数；
23、其中：
24、
25、
26、
27、式中，t(i)表示目标光成像模型的固定数值像素数目除以总像素数目得到的数据，b(i)表示后向散射光成像模型的固定数值像素数目除以总像素数目得到的数据。
28、进一步的，所述目标光成像图像的水下图像对比度评价函数，表示为：
29、
30、式中，将目标光图像划分为k1,k2个序号为(k,l)的块，θ为克罗内克运算符，lmax,k,l,lmin,k,l为目标光图像中序列号为(k,l)的块中的最大值和最小值。
31、进一步的，所述的以边界受限的目标光偏振度和后向散射光成像模型中的截止频率为自变量，以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数，利用双目标优化算法寻找满足互信息最小且目标光成像图像的水下图像对比度评价函数最大的最优解集，具体包括：
32、以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数，采用双目标遗传优化算法进行求解，得到：
33、
34、其中，(pobj,d0)optimal为最优解集合；dual-objective-optimal双目标优化算法。
35、进一步的，所述图像质量评价函数，表示为：
36、
37、其中，水下复原图像在(k,l)两个维度上被分割为n×m块并用序号ω标记区分，和分别表示第ω块图像中光强的最大值与最小值，q为用于修成正分母的常数。
38、进一步的，所述的从最优解集合中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的最优解；将该最优解带入目标光成像模型中，得到最终成像结果，具体包括：
39、从最优解集合(pobj,d0)optimal中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的值的最优解，表示为：
40、
41、其中，pobjoptimal表示最优目标光偏振度，d0optimal表示最优截止频率；
42、将最优解带入目标光成像模型中，得到最终成像结果，即：
43、
44、其中，topt表示最终成像结果。
45、有益效果：与现有技术相比，本专利技术采集共线偏振图像和交叉偏振图像，以此得到目标光成像模型与后向散射光成像模型；基于全局后向散射光偏振度建立目标光偏振度边界模型；以边界受限的目标光偏振度和后向散射光成像模型中的截止频率为自变量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：步骤1中，所述的根据共线目标光强度T∥与交叉目标光强度T⊥计算目标光偏振度Pobj，根据共线后向散射光强度B∥与交叉后向散射光强度B⊥计算后向散射光偏振度Pscat，以此建立目标光成像模型和后向散射光成像模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的基于目标信息光强度模型、后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围，建立目标光偏振度边界模型，表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的采用互信息函数表征目标光成像图像与后向散射光成像图像之间相关性，表示为：
5.根据权利要求4所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述目标光成像图像的水下图像对比度评价函数，表示为：
6.根据权利要求5所述的一种基于目标光偏振度限制条件的
7.根据权利要求6所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述图像质量评价函数，表示为：
8.根据权利要求7所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的从最优解集合中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的最优解；将该最优解带入目标光成像模型中，得到最终成像结果，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：步骤1中，所述的根据共线目标光强度t∥与交叉目标光强度t⊥计算目标光偏振度pobj，根据共线后向散射光强度b∥与交叉后向散射光强度b⊥计算后向散射光偏振度pscat，以此建立目标光成像模型和后向散射光成像模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的基于目标信息光强度模型、后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围，建立目标光偏振度边界模型，表示为：
4.根据权利要求3所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的采用互信息函数表征目标光成像图像与后向散射光成像图像之间相关性，表示为：
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢德贺，赵明琳，朱成冰，葛爱玲，刘洋帆，李振邦，王朝阳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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