不同水质下光学偏振对距离选通成像目标识别距离的影响分析

水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机,距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声,实现高质量水下成像,但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响,导致成像距离缩短。对此,开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究,利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声,提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究,对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c0:当水体衰减系数小于等于c0时,光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果;当水体衰减系数大于c0时,偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现,目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。

融合偏振距离与颜色空间的阴影下目标增强算法

针对阴影造成的低光照、低对比度和高噪声等问题,为提高阴影下目标的检测、识别精度,借鉴生物偏振视觉机理,在偏振距离理论及算法的基础上,提出一种与“色调-饱和度-强度”颜色空间(HSI color space)融合的偏振距离强度(PDI)模型。该模型利用偏振角信息作为估算方式设定阈值范围,将偏振距离信息与原始光强信息融合为新的强度通道,并与原始色调及饱和度信息融合,最终获取PDI模型映射结果。搭建实测实验装置,并开展4组对比实验。结果表明,与其他3种现有目标增强算法相比,所提算法在灰度对比度、信杂比和Fish距离指标上均取得显著提升,能够使阴影下目标与背景间的差异得到明显提高。

浑浊介质中图像对比度与成像方式的关系

浑浊介质中图像对比度的物理增强方法一直是研究热点,目前学者们提出的距离选通成像、偏振差分成像和偏振距离选通成像均能提高图像的对比度,但提高效果与成像距离的关系尚不明确.本文分别利用以上三种成像方式及普通强度成像对处于不同浓度浑浊介质中的目标进行成像,研究了图像强度和对比度随成像距离的变化情况.结果表明:从滤除的散射光强来看,偏振距离选通成像最优,而偏振差分成像在成像距离较远时优于距离选通成像;三种成像方式滤除的散射光强值趋于稳定的阈值距离各不相同;对比度改变相同量时,偏振距离选通成像对应成像距离的变化量最大,偏振差分成像次之,强度成像最小,且均与散射系数成反比.本文对浑浊介质成像效果及机理的分析,对进一步提高浑浊介质中目标的分辨及识别具有重要意义.