【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间目标探测与识别，尤其涉及一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置及方法。
技术介绍
1、空间目标偏振探测是目前获取空间目标各类特征的方法之一，使用偏振探测技术可以获取目标偏振信息，包括目标的形状、表面粗糙度以及电导率等。此外，偏振探测技术具有穿透云雾识别目标的能力，深入开展空间目标偏振探测技术的研究，有利于提高空间目标偏振探测系统在复杂探测条件下的目标识别能力，推动偏振探测技术与空间目标识别技术的结合。
2、为将偏振探测技术应用于空间目标识别，在实际应用中，探测系统需满足高稳定性要求，并可实现探测系统对于目标图像的实时采集。基于微偏振片阵列的偏振成像系统具有稳定性高、装调工艺简单的优点，并且采集单张偏振图像的同时可获取四个不同偏振方向的偏振图像，满足实时探测需求，适用于空间目标识别。在提高空间目标偏振探测系统的性能方面，多数学者采用改进望远镜系统或降低大气对探测系统的影响等方法。这些方法都从光学系统改良的角度提高了偏振探测系统的探测精度，但鉴于光学系统安装调试难度较大，可考虑从优化信号处理端图像处理方法的角度，通过实现空间目标偏振图像的去噪和增强提高系统的目标识别能力。
3、虽然偏振探测系统具有穿透薄云薄雾识别目标的能力，但是在低光照条件下，偏振测量结果会由于雾霾等背景因素的干扰导致目标偏振信息丢失。因此，空间目标偏振探测系统在复杂条件下的探测能力仍然受限。传统偏振差分去雾方法基于偏振信息仅与天空光有关，与场景光无关的假设条件，若将偏振去雾技术应用于空间目标偏振去雾，鉴于空间目标本身
4、去雾技术主要分为图像处理去雾技术与光学去雾技术，偏振去雾属于光学去雾技术的一种，与其他去雾方法相比，偏振去雾技术可最大程度降低大气中的散射颗粒对图像质量的影响，且具有良好的细节信息保真度，可广泛应用于各种场景。
5、目前，有关专用于空间目标偏振去雾方法研究的内容较少，但是针对传统偏振去雾技术的改进目前已有部分研究进展。《polarization-based dehazing using tworeference objects》中提出了一种基于参考目标先验的偏振去雾方法，依托于对已知探测目标的先验知识提高了对大气雾霾估算的准确度，从而在一定程度上提高了偏振图像去雾的效果。但是，该方法需依赖于目标先验知识，无法有效应用于目标先验知识无法获取的场景，具有一定的局限性。《全偏振成像相机及偏振去雾技术研究》中报道了一种基于偏振角特征参量的偏振去雾方法，其重新构建了大气光值的估算模型，克服了去雾过程需包含天空区域特征的缺点，又以偏振角参量代替偏振度参量，得到了更好的去雾效果，但该方法的算法复杂度较高。《多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验》中报道了基于多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾方法，利用最小二乘法提高了待测目标偏振度估算的准确度，与经典偏振差分去雾方法相比，该方法无需人工调节算法中的关键参数，鲁棒性与自适应性较强，但未进行暗弱成像条件下偏振去雾实验，其方法有效性需待进一步验证。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提供一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置及方法。
2、本专利技术第一目的在于提供一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，包括：望远镜偏振探测系统、望远镜目标跟踪转台和图像集中处理单元；
3、望远镜偏振探测系统设置在望远镜目标跟踪转台上；图像集中处理单元与望远镜偏振探测系统连接，用于处理捕获到的空间目标偏振图像并获得去雾图像；
4、望远镜偏振探测系统包括保护玻璃、前置物镜、后置物镜、调焦装置和偏振成像探测器；保护玻璃固定在望远镜偏振探测系统镜筒的一端，前置物镜与保护玻璃固定连接；调焦装置固定在望远镜偏振探测系统侧壁，后置物镜与调焦装置固定，调焦装置用于调节后置物镜的位置；偏振成像探测器固定在望远镜偏振探测系统镜筒的另一端；
5、入射光穿过保护玻璃后入射至望远镜偏振探测系统内，经由后置物镜反射，再经由前置物镜反射后，出射至偏振成像探测器中，经由偏振成像探测器获取单帧图像后，传输至图像集中处理单元中进行去雾处理。
6、优选的，偏振成像探测器包括微偏振片阵列和图像传感器，通过所述微偏振片阵列获取单帧图像，经过所述图像传感器传输至所述图像集中处理单元；所述微偏振片阵列获取的单帧图像为四个不同偏振方向的探测图像。
7、优选的，图像传感器的像素单元大小为3~5µm，带宽为400~900nm。
8、优选的，望远镜目标跟踪转台由望远镜俯仰跟踪架与下方目标方位跟踪转台组成，所述望远镜偏振探测系统设置在望远镜俯仰跟踪架上。
9、本专利技术第二目的在于提供一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，采用一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置进行去雾，包括如下步骤：
10、s1.利用望远镜偏振探测系统获取雾霾条件下的原始空间目标偏振图像，传输至图像集中处理单元；
11、s2.使用偏振探测器获取目标0°与90°的偏振图像，计算得到空间目标强度图像，利用空间目标强度图像计算天空光强度；
12、s3.基于原始空间目标偏振图像，计算差分辐射强度和天空光区域偏振度；
13、s4.基于斯托克斯表示法，利用天空光区域偏振度估算天空光区域圆偏振度信息；
14、s5.将天空光强度和天空光区域圆偏振度作为反演参数，构建评价函数表达式，反演得到空间目标偏振度图像；
15、s6.基于步骤s2-s6获取的各项参数，获取去雾光强图像；
16、s7.将步骤s6得到的空间目标偏振度图像与步骤s7得到的去雾光强图像进行图像融合，获得空间目标去雾增强图像。
17、优选的，步骤s2中天空光强度的计算方法，具体包括：采用阈值分割法首先分离出图像中的高亮像素点、大气光区域图像的像素点以及噪声点；阈值分割法如下式：
18、；
19、式中， i( x, y)表示偏振成像探测器获得的光强图像，ω表示天空区域背景图像， σ表示图像区域内所有像素点的标准差；
20、阈值分割后，采用下式去除原图像中高亮的像素点与噪声：
21、；
22、最后依据阈值分割结果，求取图像中剩余像素点的均值作为大气光强度的估算值。
23、优选的，步骤s3中差分辐射强度的计算方法，具体包括：通过偏振成像探测器得到两种不同偏振方向的偏振图像后，作差获得差分辐射强度值，结合stokes矢量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于，包括：望远镜偏振探测系统、望远镜目标跟踪转台和图像集中处理单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述偏振成像探测器包括微偏振片阵列和图像传感器，通过所述微偏振片阵列获取单帧图像，经过所述图像传感器传输至所述图像集中处理单元；所述微偏振片阵列获取的单帧图像为四个不同偏振方向的探测图像。
3.根据权利要求2所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述图像传感器的像素单元大小为3~5µm，带宽为400~900nm。
4.根据权利要求3所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述望远镜目标跟踪转台由望远镜俯仰跟踪架与下方目标方位跟踪转台组成，所述望远镜偏振探测系统设置在望远镜俯仰跟踪架上。
5.一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，采用权利要求1-4任意一项所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置进行去雾，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5
7.根据权利要求6所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，其特征在于：所述步骤S3中差分辐射强度的计算方法，具体包括：通过偏振成像探测器得到两种不同偏振方向的偏振图像后，作差获得差分辐射强度值，结合Stokes矢量中的S0分量，完成差分辐射强度的估算；公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，其特征在于：所述步骤S4中天空光区域圆偏振度的计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，其特征在于：所述步骤S5中评价函数表达式为：
10.根据权利要求9所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，其特征在于：所述步骤S7中图像融合的方法具体包括：采用离散小波变换分解去雾后光强图像与空间目标偏振度图像，提取子图像并建立低频子图像集与高频子图像集；完成各不同频率成分的子图像集分解后，计算对应的图像集的区域能量值；计算过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于，包括：望远镜偏振探测系统、望远镜目标跟踪转台和图像集中处理单元；
2.根据权利要求1所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述偏振成像探测器包括微偏振片阵列和图像传感器，通过所述微偏振片阵列获取单帧图像，经过所述图像传感器传输至所述图像集中处理单元；所述微偏振片阵列获取的单帧图像为四个不同偏振方向的探测图像。
3.根据权利要求2所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述图像传感器的像素单元大小为3~5µm，带宽为400~900nm。
4.根据权利要求3所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置，其特征在于：所述望远镜目标跟踪转台由望远镜俯仰跟踪架与下方目标方位跟踪转台组成，所述望远镜偏振探测系统设置在望远镜俯仰跟踪架上。
5.一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾方法，采用权利要求1-4任意一项所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去雾装置进行去雾，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于全偏振信息处理的空间目标偏振去...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗澍茁，张晗，李洪文，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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