1.一种复原非均匀偏振特性目标的水下偏振成像方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、获取多张偏振方向不同的水下图像,建立正交分解模型对目标反射光和后向散射光进行正交偏振分解,具体包括:
1.1、引入水下成像物理模型:
I=D+B=L·t+A∞(1‑t) (1)其中,I为水下图像总光强;D为目标反射光;B为后向散射光;L为所求复原图像;t为介质透过率;A∞为无穷远处后向散射光强;
1.2、将目标反射光D与后向散射光B在相互正交的方向上进行偏振分解,即:∥ ⊥
D=D +D (2)
∥ ⊥
B=B +B (3)
∥ ⊥
其中,D 为目标反射光正交偏振分解水平分量;D 为目标反射光正交偏振分解垂直分∥ ⊥量;B 为后向散射光正交偏振分解水平分量;B 为后向散射光正交偏振分解垂直分量;
步骤二、建立偏振图像强度模型,并将其融合进水下成像物理模型,建立复原图像反演模型具体包括以下步骤:
2.1、根据马吕斯定律与目标反射光和后向散射光水平偏振分量方向角建立偏振图像强度模型,偏振图像I(0)、I(45)、I(90)和I(135)对应的强度模型分别为:∥ ⊥ ∥ ⊥
其中,D 与0°方向夹角记为α;D 与0°方向夹角记为α+90;B 与0°方向夹角记为γ;B 与
0°方向夹角记为γ+90;
2.2、求取复原图像反演模型,包括以下步骤:
2.2.1、根据偏振图像强度模型求取斯托克斯矢量,即:∥
其中,I为总光强;Q为0°和90°方向的光强差;U为45°和135°方向的光强差;ΔD为D 和D⊥ ∥ ⊥差值,即目标反射光中完全偏振部分;ΔB为B 和B 差值,即后向散射光中完全偏振部分;
2.2.2、根据公式(5)求得的斯托克斯矢量计算后向散射光中完全偏振部分ΔB,即:
2.2.3、根据偏振度定义,后向散射光B可由下式表示:其中,Pscat为后向散射光偏振度;
2.2.4、结合公式(1)、(6)和(7),建立复原图像反演模型:其中,L为所求复原图像;A∞为无穷远处后向散射光强;Pscat为后向散射光偏振度;
步骤三、根据水下图像对比度和复原图像反演模型进行反演,得到最终成像结果。
2.根据权利要求1所述的一种复原非均匀偏振特性目标的水下偏振成像方法,其特征在于,所述后向散射光偏振度Pscat的全局估计方法包括以下步骤:
2.2.4.1、对获取的四幅偏振图像I(0)、I(45)、I(90)和I(135)进行低通滤波处理,即:其中,B(0)、B(45)、B(90)和B(135)为I(0)、I(45)、I(90)和I(135)中估计的后向散射光;LPF{·}为低通滤波处理;
2.2.4.2、求取上述低通滤波估计的后向散射光的斯托克斯矢量,即:其中,IB为估计的后向散射光强;QB为0°和90°方向的光强差;UB为45°和135°方向的光强差;
2.2.4.3、对后向散射光偏振度进行全局估计,即:其中, 为全局估计的后向散射光偏振度。
3.根据权利要求2所述的一种复原非均匀偏振特性目标的水下偏振成像方法,其特征在于,所述低通滤波估计的后向散射光根据互信息的功能,采用如下表达式提高后向散射光估计的准确性,即:optimal
其中,B 为经过互信息优化估计的后向散射光;MI(D,B)为互信息,用于表征目标反射光图像与后向散射光图像之间相关性。
4.根据权利要求1所述的一种复原非均匀偏振特性目标的水下偏振成像方法,其特征在于,所述最终成像结果以目标反射光水平偏振分量方向角与后向散射光水平偏振分量方向角为自变量进行反演。
5.根据权利要求4所述的一种复原非均匀偏振特性目标的水下偏振成像方法,其特征在于,所述目标反射光水平偏振分量方向角与后向散射光水平偏振分量方向角分别为步骤二中的α与γ,其求取方法为:以水下图像对比度为目标函数,获取满足水下图像对比度最大的最优解,即:(α,γ)optimal=argmax{UIConM(L)} (13)其中,UIConM(L)为所求复原图像的水下图像对比度。