基于偏振成像的目标增强技术研究

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1、．．密级无分类号０４３６．３＿方知：＾拿＇ＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＸＩＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：基于偏振成像的目标增强技术研究作者：杨力铭指导教师：韩军教授申请学位学科：光学工程２０１８年５月２８日密级无分类号O436.3XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:基于偏振成像的目标增强技术研究作者：杨力铭指导教师：韩军教授申请学位学科：光学工程2018年5月28日基于偏振成像的目标增强技术研究学科：光学工程研究生签字：

2、指导教师签字：摘要随着工业的发展，环境污染和气候问题使得雾霾天气的发生变得越发频繁，给交通安全、公共监控等诸多方面造成了不良的影响。与此同时，领海问题的日益突出，使得水下探测、海洋监控等问题受到了更加广泛的关注。不论是在雾霾天气条件中还是在浑浊水体条件中，所获取的图像质量通常都退化严重，呈现出对比度低、细节信息丢失等特点。如何有效去除雾霾和水体对图像质量的影响，达到提高图像对比度，获取目标有效信息的目的，是现在研究的一个热点问题。经过长期的发展，成像技术日益完善，偏振光学成像技术通过获取目标的偏振信息对目标进行探测和识别，表现了

3、其不同于强度成像的独特优势。由于目标反射光的偏振信息与目标本身的属性息息相关，使得其很难被隐藏或伪装，因此，相比于传统强度成像技术，偏振光学成像技术对于低对比度条件下的目标探测和识别更为有效，应用前景广阔，具有较高的研究意义和实用价值。本论文结合偏振光学成像技术，开展了雾霾天气条件下的偏振去雾研究和浑浊水体条件下的偏振去散射研究。通过对现行偏振去散射算法的深入分析，针对其存在的不足之处，提出了新的偏振成像去散射算法。主要研究结论如下：（1）在雾霾天气条件中，针对现行偏振去雾算法精确度较低、实时性较差的缺陷，提出了一种结合暗通道先

4、验原理的偏振去雾算法。该算法通过拍摄4幅不同偏振方向的原始雾霾图像，利用斯托克斯矢量对大气光特征参数进行精确估算；同时结合暗通道先验原理实现了对天空区域的自动快速选择，实时性更好。实验结果表明，该技术可对天空区域进行准确的识别，去雾后图像的质量得到了大幅提升，目标细节信息更加明显，并且没有出现颜色失真。（2）在浑浊水体条件中，针对现行水下偏振去散射算法精度较低，适用范围受到限制的缺陷，提出了一种基于非偏振光照明的水下偏振成像目标增强技术。该技术的优势在于采用非偏振光照明确保了目标反射光与杂散光始终存在偏振态差异；同时采用偏振角特

5、征参量确保了对杂散光光强估算的精确性。因此，与现行基于线偏振光照明的水下偏振成像技术相比，其适用范围更广，图像恢复精度更高。实验结果表明，水下复原图像的能见度与对比度均得到了有效提高，对比度至少提升100%；同时，该技术可适用于不同材质目标、不同成像距离以及不同杂质、不同浑浊程度的水体环境，在许多水下成像领域具有潜在的应用价值。关键词：偏振成像；图像增强；散射介质成像；斯托克斯矢量；对比度StudyofTargetEnhancementTechniqueBasedonPolarimetricImagingDiscipline:O

6、pticalEngineeringStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractWiththedevelopmentofindustry,thehazeweatherbecomesmorefrequentduetotheenvironmentpollutionandclimatechange,whichcausesadverseimpactontrafficsafety,publicsurveillanceandsoon.Atthesametime,withtheterritorial

7、issuehasbecomeincreasinglyacute,underwaterexplorationandmarinesurveillancehasgainedgreatattention.Imagesobtainedinhazeenvironmentsandunderwaterenvironmentsareusuallymuchlimitedduetothedisturbanceofturbidmedia.Theseimagesusuallyshowlowcontrast,andsacrificialdetailsoft

8、argetsthataresubmergedintothenoise.Howtomitigatesuchnegativeeffectsandenhancethecontrastofimagesacquiredinturbidmedia(suchashazeand