基于多波段偏振的高反光目标杂散光抑制方法研究

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1、学校代码10699分类号TP391密级学号2013201507基于多波段偏振的高反光目标题目杂散光抑制方法研究作者彭群聂学科、专业控制理论与控制工程指导教师赵永强申请学位日期2016年3月西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：基于多波段偏振的高反光目标杂散光抑制方法研究作者：彭群聂学科专业：控制理论与控制工程指导教师：赵永强2016年3月DissertationfortheDegreeofMasterStraylightsSuppressionofHigh-reflectiveObjectsBasedonMultibandPolarizationbyQ

2、unniePengsupervisedbyYongqiangZhaoCollegeofAutomationNorthwesternPolytechincalUniversityXi’an,Shaanxi,P.R.ChinaMarch,2016摘要摘要成像过程中，常由于目标光滑表面与复杂光照环境的综合影响，目标图像易受耀光、光斑等杂散光的干扰。杂散光的存在，掩盖了目标的原有特征，严重影响着目标识别跟踪、匹配重构等视觉应用性能。现有的杂散光抑制方法，依赖于过多先验信息与假设，如暗通道先验，虽在一定程度上能有效地抑制杂散光，但其结果不可避免地存在色彩失真、边缘不连

3、续等问题。同时，现有算法难以对表面结构单一、纹理信息不显著的高反光目标进行有效地处理。针对于现有方法存在的两种缺陷，经大量的实验统计与观测，杂散光抑制后的结果其局部存在结构相似性与色彩一致性；相对于漫反射分量，杂散光分量在不同波段下有着不同的偏振态。因此，本文展开了基于多波段偏振的杂散光抑制方法研究。其主要工作如下：1、第二章提出了基于局部结构相似性与色彩一致性联合约束的杂散光抑制方法，解决杂散光抑制结果色彩失真、边缘细节丢失等问题。阐述了镜面杂散光与漫反射的物理机理，详细分析了双色反射成像模型；基于大量的实验统计，探究得到局部结构相似性、色彩一致性，提出基

4、于局部结构相似性与色彩一致性联合约束的耀光抑制方法。最后实验分析论证了该算法在实现杂散光有效抑制的同时，极大保留了目标原有局部色彩、边缘等细节信息。2、第三章提出了基于多波段偏振的目标杂散光抑制方法，有效解决了表面结构单一、纹理信息不显著的目标杂散光问题。介绍了多波段偏振成像机理，建立了多波段偏振杂散光退化成像模型。提出基于联合偏振光谱特征向量约束的杂散光检测算法；提出最大-最小光谱差分机制，同时结合全局最小二乘系数分解有效地分离抑制杂散光；融合第二章的局部空间色彩一致性正则约束，实现丢失信息的有效补全。实验结果的定性定量分析表明，针对于结构单一、纹理不显著

5、的高反光目标，本章提出的杂散光抑制方法能实现更为优异的抑制效果，可靠性更高。3、第四章建立了基于多波段偏振的杂散光抑制与分析系统；搭建了实验平台，设计并实现了杂散光抑制与分析软件；建立了包含自然目标和人造目标的多组高反光目标数据库，有效描述了目标表面材质特征与物理特征。实验验证了基于多波段偏振的杂散光抑制方法在立体匹配视觉应用中的有效性与可靠性，体现了本文工作的研究意义与应用价值。关键词：镜面杂散光，多波段偏振，高反光目标，偏振光谱特征，色彩一致性正则I西北工业大学硕士学位论文AbstractDuetotheinfluenceoftarget’sglossy

6、surfaceandcomplexilluminationconditions,thecapturedimagesareeasilydistortedbythedisturbanceofstraylightsduringtheimagingprocess,suchasspecularhighlightandspotlight.Theexistenceofspecularstraylights,maycoversurfacedetails,severelyhinderingsomecomputervisiontasks,suchasobjectdetectio

7、n,tracking,matchingand3Dreconstruction.Existingstraylights-removalmethodscanachieveconvincingresultstocertainextent,whilerelyingontoomanypriorsandassumptions,suchasdarkchannelprior.Meanwhile,theresultsinevitablysufferfromcolordistortion,texturelossandboundarydiscontinuity.Also,thes

8、emethodsfailtohandlethehig