您所在位置：网站首页 > 学术论文 > 自然科学论文基于偏振滤波的虚拟潜望镜图像增强方法研究

基于偏振滤波的虚拟潜望镜图像增强方法研究

3页

卖家[上传人]：论****

文档编号：554267

上传时间：2017-03-29

文档格式：DOC

文档大小：431.50KB

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

2 金贝

/ 3 举报版权申诉马上下载

文本预览

下载提示

常见问题

1、基于偏振滤波的虚拟潜望镜图像增强方法研究摘要：虚拟潜望镜技术是一种水下对海空目标进行光电成像探测的手段,海水中的散射光对成像质量存在较大的影响。利用瑞利散射理论分析了菲涅耳窗口的轴对称偏振特性,提出了一种利用放射性配置偏振镜过滤海水中散射光的方法。理论分析表明，该滤光方法，对于提高海面图像具有较好的效果。关键词：图像增强；偏振镜；虚拟潜望镜；菲涅耳窗口is by in a to a on 以使人在水下舱室内观测海面之上的情况。不过，无论是传统的潜望镜还是光电桅杆，使用时必须首先露出海面，从而影响了潜艇的隐蔽性、限制了航速、增加了与其它舰艇碰撞的可能性。上世纪末，美国司开发了一种先进的水下成像探测技术，“虚拟潜望镜技术”（专利号使水下载运平台具备了在任何部位均不必露出水面的情况下对海面、空中情况进行观测的能力 1虚拟潜望镜为一水下广角摄像系统，将海水作为水下对空成像光学系统的一部分，但是海面起伏对水下成像有明显的破坏作用，因此，虚拟潜望镜技术的研究重点集中在图像处理算法上，这是虚拟潜望镜技术的核心，以提取“有用”信息重构海、空场景，克服海面波动的影响 3。除了海面波动以外，海水对光较

2、强的散射作用也会对水下成像产生较大影响，使得水下成像的对比度下降 7。对此，目前的相关研究主要集中在改善照明方式上 8对于自然照明情况下的虚拟潜望镜成像问题，克服海水散射影响的相关研究还未见报道。1 虚拟潜望镜成像探测机理如图1所示，根据菲涅耳折射定律，海面平静时，水面之上2立体角内的下行光线经海面折射后，被局限在一个圆锥窗口内（0。因此，在水面之下向水面上方观察时，只能在一个圆锥窗口内看到水面以上的景物，该窗口称为菲涅耳窗口，据反射定律，菲涅耳窗口之内，海洋上行辐射被部分反射，从而降低菲涅耳窗口图像的对比度；菲涅耳窗口之外，海洋上行辐射被全反射，形成亮度均匀的背景。由于海洋中下行辐射是上行辐射的20倍以上，因此，虚拟潜望镜获得的图像为“灰色”背景中的一个圆形明亮窗口。空气海水9 7 . 6 全反射菲涅耳窗口摄像机图1 he 水中下行辐射角分布海水中下行辐射角分布是不均匀的,图2为晴朗天气平静海面，水下辐射率在太阳入射平面内的分布 10。由于太阳直射光远强于天空光，因此，当深度较浅时，辐射率分布存在尖锐的锋区，峰值方向近似位于太阳直射光的折射方向。 4 . 2 4 1

3、 6 . 6 2 9 . 0 4 1 . 3 5 3 . 7 6 6 . 1 表观辐射率相对单位图2 he of 深度增加的衰减最小，因此，当深度增大时，辐射率锋区逐渐变得平缓，并且向天底方向移动，最后趋向于稳定的、相对垂直方向轴对称的渐近分布状态。通常，虚拟潜望镜工作在几十米的水深，且沿竖直方向向上观察，因此，海洋下行辐射近似为渐近分布状态，且辐射率相对于虚拟潜望镜光学系统的光轴对称。水中下行辐射的偏振特性在洁净的大洋水中，辐射在传输过程中受到的散射作用主要为水分子产生的瑞利散射。根据瑞利散射理论,分子散射光是部分偏振的,偏振度与由散射角决定:（1）2 最大偏振度，发生在90散射方散射角，即散射光方向与入射光方向之间的夹角。天顶摄像机菲涅耳窗口光线图 3 he 所示，由瑞利散射理论可知，海洋下行辐射渐近分布状态辐射率相对于虚拟潜望镜光学系统光轴的轴对称性，使得菲涅耳窗口中的散射光成分成为部分偏振光，且偏振度和偏振方向均为以虚拟潜望镜光学系统光轴为轴的轴对称分布。其中，同心圆的半径大小表示了入射光线的入射角大小，同心圆中虚线的粗细表示了入射光线的偏振度大小，同心圆中虚线的

4、方向表示了入射光线的振动方向。3 振滤光片的设计由于菲涅耳窗口散射光偏振方向是轴对称的，因此，欲通过偏振滤波的方式衰减散射光，同样应采用偏振方向轴对称分布的偏振片。如图 4 为设计的偏振片示意图。偏振片由多块相同的扇形线偏振片胶合而成（大于 4 块）。每块扇形线偏振片的振动方向（能够通过光线的光振动方向，图中用指示）沿扇形的对称轴方向，即近似为扇形的半径方向或径向。相对于传统的线偏振片和圆偏振片，可以称之为放射偏振片。比较图 3 与图 4，二者均为轴对称分布，且方向相互垂直，因此，只要使得放射偏振片上的点与菲涅耳窗口光线的相应方向实现一一对应关系，就可实现对菲涅耳窗口入射光线的偏振滤波。图 4 he of 振片在摄像机中的配置图 5 给出了放射偏振片在摄像机中的配置方式：放射偏振片（2）置于列（3 ）的入射端，且放射偏振片的中心轴与摄像机镜头（1）的光轴重合。根据光学成像原理，放射偏振片位于镜头焦平面附近，镜头表面任意方向入射的平行光均汇聚于放射偏振片的一点。放射偏振片的中心轴与镜头光轴的重合，使得菲涅耳窗口入射散射光的振动方向始终与放射偏振片的振动方向垂直，从而实现对海洋下行辐射

5、的偏振滤光作用。( 1 )( 2 )( 3 )图 5 he of in 语作为一种新型水下观察手段，虚拟潜望镜技术实现了水下平台对海空目标的隐蔽观察。本文给出的虚拟潜望镜图像偏振滤波增强方法，可以有效地衰减竖直向下辐射光所产生的散射光，从而降低散射光对菲涅耳窗口图像对比度的影响。虚拟潜望镜图像偏振滤波增强效果由散射光的偏振度和偏振片的消光比决定，因此，受海水水质、潜艇潜深、太阳高度等因素影响，对此将作进一步的研究。参考文献1李平，006，26（5）：u . 2006，26（5）：1962陆炳哲，聂辉. 从潜艇潜望镜到潜艇成像系统的新概念J. 舰船电子工程，2005，25（1）：to . 2005，25（1）：203a to of or .：5528493,19964H. . an . 76300770095李飞,. 光学与光电技术,2008,8（4）:of . 008,8（4）:636of an by . 434, 2003.7孙传东,陈良益,000,21(4):et on . 2000,21(4):398王猛，应用科技，2003，30（7）：by . 2003，30（7）：159丁亦凡，002，32（3）：482

《基于偏振滤波的虚拟潜望镜图像增强方法研究》由会员论****分享，可在线阅读，更多相关《基于偏振滤波的虚拟潜望镜图像增强方法研究》请在金锄头文库上搜索。

点击阅读更多内容

TA的资源