一种水下动态偏振成像方法、系统、设备及存储介质

本申请属于偏振成像探测，涉及一种水下动态偏振成像方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、水下光学成像在水下救援、海底资源勘探等多个领域具有重要的应用价值。但是，水体中存在的吸收与散射作用造成目标信号淹没在背景噪声中，使得成像清晰度严重下降。因为后向散射光的部分偏振特性，偏振成像可以有效消除散射带来的“帷幔”效应，显著提升成像对比度；此外，偏振成像还具有系统结构简单、成像视场大、性价比高等优点，这使其成为当下的一个研究热点。

2、为了消除后向散射光带来的“帷幔”效应，后向散射光的偏振度需要被准确估算。传统偏振成像方法假设该参数为常数，从而无法应用于后向散射光偏振特性随空间位置变化的情形；为了估算这一参数，传统方法大都要求图像中必须存在背景区域，使得复原效果对于背景区域具有很强的依赖性；另外，这些方法主要面向静态成像，无法满足水下动态成像需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种水下动态偏振成像方法、系统、设备及存储介质，本申请借助图像金字塔分解与重建，无需背景区域即可获得后向散射光偏振特性的全局估计，使得清晰成像过程可以自动完成，从而满足水下动态成像要求。

2、为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本申请提供一种水下动态偏振成像方法，包括以下步骤：

4、获取stokes矢量图像(s0,s1,s2)，并对图像s0与图像s1进行加减运算得到图像i||和图像i⊥；

5、通过下采样的方式对图像s1进行分解，生成图像金字塔；

6、使用按列检索的方式寻找图像金字塔的顶层图像中的黑像素，将黑像素进行多项式拟合获得图像

7、通过上采样的方式对图像进行重建，得到重建图像

8、根据重建图像图像s2、图像i||和图像i⊥，得到清晰图像。

9、第二方面，本申请提供一种水下动态偏振成像系统，包括：

10、图像获取模块，用于获取stokes矢量图像(s0,s1,s2)，并对图像s0与图像s1进行加减运算得到图像i||和图像i⊥；

11、图像分解模块，用于通过下采样的方式对图像s1进行分解，生成图像金字塔；

12、图像拟合模块，用于使用按列检索的方式寻找图像金字塔的顶层图像中的黑像素，将黑像素进行多项式拟合获得图像

13、图像重建模块，用于通过上采样的方式对图像进行重建，得到重建图像

14、成像模块，用于根据重建图像图像s2、图像i||和图像i⊥，得到清晰图像。

15、第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。

16、第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

17、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

18、本申请方法针对水下动态偏振成像问题，实现了清晰成像的自动化，弥补了传统方法只能适用于静态成像的不足，具有更强的实用价值；本申请可以获得后向散射光偏振特性的全局估计，成像对比度和清晰度大大提高；本申请操作简单、适用范围广、成像效果明显。

技术特征：

1.一种水下动态偏振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述获取stokes矢量图像(s0,s1,s2)，并对图像s0与图像s1进行加减运算得到图像i和图像i⊥，包括：

3.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述通过下采样的方式对图像s1进行分解，生成图像金字塔，包括：

4.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述使用按列检索的方式寻找图像金字塔的顶层图像中的黑像素，将黑像素进行多项式拟合获得图像包括：

5.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述通过上采样的方式对图像进行重建，得到重建图像包括：

6.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述根据重建图像图像s2、图像i||和图像i⊥，得到清晰图像，包括：

7.根据权利要求1所述的水下动态偏振成像方法，其特征在于，所述图像i||和图像i⊥均包含目标光信息和后向散射光信息：

8.一种水下动态偏振成像系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种水下动态偏振成像方法、系统、设备及存储介质，包括：使用偏振相机获得Stokes矢量图像；通过下采样的方式进行分解，以生成图像金字塔；选择金字塔的顶层图像，使用按列检索的方式寻找其中的黑像素，使用这些黑像素进行多项式拟合获得图像；通过上采样的方式进行重建获得图像；使用重建图像S<subgt;2</subgt;、I<subgt;|</subgt;|、I<subgt;⊥</subgt;以及Pscat进行计算，最终获得清晰图像。本申请消除了后向散射光对于水下成像的不利影响，可以获得清晰的成像结果；与现有技术相比，不需要在图像中包含背景区域，不需要进行人机交互，处理速度更快，可以实现对运动目标的动态成像。

技术研发人员：朱京平,邓金鑫,李浩翔,许钧策,刘晓芳
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8