1.一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:包括以下步骤:∥ ∥
步骤1:获取共线偏振图像I 和交叉偏振图像 水下图像总光强为共线偏振图像I 与∥ ∥ ∥交叉偏振图像 之和,所述共线偏振图像I 由共线目标光强度T 和共线后向散射光强度B组成,交叉偏振图像 由交叉目标光强度 和交叉后向散射光强度 组成;根据共线目标∥ ∥光强度T 与交叉目标光强度 计算目标光偏振度Pobj,根据共线后向散射光强度B 与交叉后向散射光强度 计算后向散射光偏振度Pscat,以此建立目标光成像模型和后向散射光成∥像模型;根据共线偏振图像I 、交叉偏振图像 目标光偏振度Pobj和后向散射光偏振度Pscat建立目标信息光强度模型;
步骤2:基于后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围,建立目标光偏振度边界模型;
步骤3:采用互信息函数表征目标光成像图像与后向散射光成像图像之间相关性,建立目标光成像图像的水下图像对比度评价函数,以边界受限的目标光偏振度和后向散射光成像模型中的截止频率为自变量,以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数,利用双目标优化算法寻找满足互信息最小且目标光成像图像的水下图像对比度评价函数最大的最优解集;
步骤4:建立图像质量评价函数,从最优解集合中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的最优解;将该最优解带入目标光成像模型中,得到最终成像结果;
其中,基于目标信息光强度模型、后向散射光的偏振度范围和目标光偏振度范围,建立目标光偏振度边界模型,表示为:式中,Pobj为目标光偏振度,I为水下图像总光强,B为后向散射光成像模型,(·)min为寻找最小值操作;
∥
其中,所述的获取共线偏振图像I 和交叉偏振图像 具体操作包括:搭建水下主动偏振成像模拟系统,该水下主动偏振成像模拟系统包括:LED红光光源、第一偏振片、透明水箱、目标物、悬浮粒子、第二偏振片和CCD探测器;LED红光光源发射起始光束,起始光束穿过第一偏振片,第一偏振片的偏振方向设置为水平方向,然后透过透明水箱,最后照射到目标物和悬浮粒子上;所述目标物由高偏振度特性的第一目标物和低偏振度特性的第二目标物粘合在一起,形成了具有复杂偏振特性的目标物;当起始光束照射到目标物时,目标物反射出目标光,悬浮粒子散射出后向散射光,目标光和后向散射光经过第二偏振片的处理后,被照射到CCD探测器上进行记录和分析;
CCD探测器接收到的总光强与目标光和后向散射光具有以下关系:I=T+B
其中,I为水下图像总光强,T为目标光;B为后向散射光,I,T,B可在相互正交的方向上进行分解;
∥
将第二偏振片的偏振方向旋转至0°,获取共线偏振图像I ;旋转第二偏振片的偏振方向至90°,获取交叉偏振图像
2.根据权利要求1所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特∥征在于:步骤1中,所述的根据共线目标光强度T 与交叉目标光强度 计算目标光偏振度∥Pobj,根据共线后向散射光强度B 与交叉后向散射光强度 计算后向散射光偏振度Pscat,以此建立目标光成像模型和后向散射光成像模型,具体包括:∥
根据共线目标光强度T 与交叉目标光强度 计算目标光偏振度Pobj,表示为:∥
根据共线后向散射光强度B 与交叉后向散射光强度 计算后向散射光偏振度Pscat,表示为:所述目标光成像模型,表示为:
所述后向散射光成像模型,表示为:
‑1
其中,F ,F为傅里叶逆变换和傅里叶变换,D(u,v)代表频谱中两点间距离,D0为截止频率。
3.根据权利要求2所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:所述的以边界受限的目标光偏振度和后向散射光成像模型中的截止频率为自变量,以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数,利用双目标优化算法寻找满足互信息最小且目标光成像图像的水下图像对比度评价函数最大的最优解集,具体包括:以互信息函数和水下图像对比度评价函数为目标函数,采用双目标遗传优化算法进行求解,得到:optimal
其中,(Pobj,D0) 为最优解集合;Dual‑objective‑Optimal双目标优化算法;MI(T,B)表示目标光成像与后向散射光成像之间互信息;UIconm(T)表示目标光成像图像的水下图像对比度函数。
4.根据权利要求3所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:所述MI(T,B)表示为:式中,MI(T,B)为互信息,prob(t,b)为联合概率分布函数,prob(t)为根据目标光成像模型所对应的灰度值得到第一边缘概率分布函数;prob(b)为根据后向散射光成像模型所对应的灰度值得到第二边缘概率分布函数;
其中:
式中,t(i)表示目标光成像模型的固定数值像素i的数目除以总像素数目得到的数据,b(i)表示后向散射光成像模型的固定数值像素i的数目除以总像素数目得到的数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:所述UIconm(T)表示为:式中,将目标光图像在横纵两个维度上划分为k1×k2个序号为(k,l)的块, Θ为克罗内克运算符,Tmax,k,l,Tmin,k,l为目标光图像中序列号为(k,l)的块中的最大值和最小值。
6.根据权利要求5所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:所述图像质量评价函数,表示为:其中,水下复原图像在横纵两个维度上被分割为N×M个序号为(k,l)的块并用序号ω标记区分, 和 分别表示第ω块图像中光强的最大值与最小值,q为用于修成正分母的常数。
7.根据权利要求6所述的一种基于目标光偏振度限制条件的水下偏振成像方法,其特征在于:所述的从最优解集合中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的最优解;将该最优解带入目标光成像模型中,得到最终成像结果,具体包括:optimal
从最优解集合(Pobj,D0) 中选取能使图像质量评价函数计算结果最大的值的最优解,表示为:optimal optimal
其中,Pobj 表示最优目标光偏振度,D0 表示最优截止频率;
将最优解 带入目标光成像模型中,得到最终成像结果,即:opt
其中,T 表示最终成像结果。