强光背景下主动偏振成像方法

针对传统光电探测方法在强光背景下目标探测对比度低的问题,本文提出一种基于激光照明的主动偏振成像方法。首先构建激光入射双向反射分布模型、激光入射偏振双向反射分布模型以及激光照明的目标表面偏振度模型,并分析3种典型目标材料偏振特性与束散角之间的耦合关系。然后在暗室可控条件下开展逆光观测实验,验证目标偏振特性受激光束散角的影响。实验结果表明:强光背景下主动偏振成像目标对比度与传统被动强度成像相比提升了86.11%,不同束散角下不同目标材料的可见光偏振特性间存在差异,金属材质相对于非金属材质的线偏振度提升更高,实验结果与理论分析具有较好的一致性。最后,在室外开展太阳逆光观测实验,验证了研究方法在室外高强光、远距离下依旧具有适用性。本研究为提升强光背景下的目标精准感知能力奠定了理论基础。

用于夜间撒布地雷探测的可见光偏振图像融合

为了克服在夜间光线微弱情况下,撒布地雷目标与周边地面背景的光谱强度差异较弱的难题,研究一种端到端的无监督可见光偏振图像融合增强算法。融合图像利用撒布地雷的偏振特性在夜间增强地雷目标的同时,尽可能地保留场景的细节纹理信息。融合算法网络由特征提取模块、特征融合模块和图像重构模块构成。在特征融合方面,引入混合注意力机制以加强网络对特征张量中显著信息的提取能力。并通过设计基于像素内容分布的损失函数,引导融合图像保留更多源图像中显著像素区域特征,实现网络的端到端输出。针对夜间撒布地雷数据集,同7种主流图像融合方法进行主客观评价,并在SSIM,VIF等8项评价指标中表现为同类最优,YOLOv5模型中经融合增强的图像在地雷检测任务中表现要优于强度图像(mAP@0.5领先8%,mAP@0.5:0.95领先11%)。本模型具备先进性,并对后续地雷目标检测任务有积极影响。

一种基于偏振解析的三维表面重建方法

提出用解析反射光偏振图像来重建透明物体表面形状的原理及实现方法。从物体表面反射的光具有一定的偏振特性,偏振特性的不同反映了物体的形状和反射特性的不同,这两者之间存在一种必然的联系。通过分析物体表面反射光的偏振分布,可以得到物体的表面形状。依据菲涅耳反射公式,推导出偏振度与物体表面法线间的函数关系,据此构建相应算法,对由CCD照相机拍得的被测物体的偏振灰度图像进行处理,重建出被测物体的表面形状。实验结果证明提出的方法是实用且有效的。

空间目标可见光反射特性的研究

为提高空间对抗能力,提出了空间目标可见光反射特性控制的方法,在空间目标表面设计过程中尽量避免漫反射,采用镜面反射方式,同时目标本体采用多面体结构设计.以地基可见光探测为例,选择高度为250km圆轨道上的圆锥体目标和高度为900km圆轨道上的圆柱体目标为对象,分析了地基可见光遥感器对其探测能力与几何位置的关系.由空间目标可见光反射特性的研究得到结论,在多面体结构空间目标的表面设计中采用镜面表面设计,使可见光遥感器对它的探测能力明显降低,且由探测到的目标光谱特征无法判断目标的真实外形,从而达到控制空间目标可见光反射特性的目的.研究对未来空间目标的外形设计控制具有一定指导意义。

光滑物体表面反射光偏振特征分析及反射光分离技术

物体表面反射光由镜面反射光和漫反射光组成,针对光滑物体表面镜面反射光和漫反射光的分离问题,建立了一个结合镜面反射和漫反射共同作用的偏振态表征模型,并使用该模型对混合反射区域偏振特征进行分析。基于镜面反射光和漫反射光的偏振特征,根据镜面反射光和漫反射光在光滑物体表面垂直方向及平行方向上的分布关系,采用偏振正交分解的方法实现了镜面反射成分和漫反射成分的求解。利用镜面反射光图像和漫反射光图像之间的相关性,通过梯度下降算法得到镜面反射成分和漫反射成分归一化互相关最小值及其对应的镜面反射偏振度和漫反射偏振度,从而实现反射光的分离。通过对不同场景中获取的反射光图像进行测试,实验结果表明,该算法具有较好的反射光分离效果。

一种空间目标可见光反射特性控制技术

目前对于地球同步轨道(GEO)空间目标的探测和识别主要依靠反射太阳光的光度变化进行分析识别并判断.基于空间目标表面漫反射性质的可见光反射特性计算模型分析,研究了不同形状反射体可见光反射特性,并提出一种采用不同形状反射体控制改变空间目标可见光反射特性的方法.以GEO卫星为例,采用基于蒙特卡罗的非序列光线追迹方法,仿真分析椎体、球体和圆柱体作为反射控制体对卫星光变特性的影响.结果表明该方法可改变卫星原有可见光反射光变曲线,降低卫星被探测识别概率,提高空间目标隐蔽性.

关于自然光在两种介质分界面上反射和折射时的偏振特性讨论

分析光在两种介质分界面上反射和折射时的偏振性质,对于以布儒斯特角入射时折射光的偏振特性,一些文献中有不同的解释.本文从理论上详细分析了自然光在分界面上反射光和折射光的偏振特性,并进一步探讨了偏振度的变化规律及影响因素,对此问题做出了很好的解释.

自然光在两种介质分界面上反射和折射时的偏振特性讨论

从理论上详细分析了自然光在分界面上反射光和折射光的偏振特性,并进一步探讨了偏振度的变化规律及影响因素。

基于光场偏振特性的目标表面漫反射分量获取技术

针对三维成像、图像匹配及模式识别等领域中目标表面镜面反射光成分影响所导致成像效果受限、特征识别准确度低等问题,提出一种基于光场偏振特性的目标表面漫反射光分量获取技术.该技术通过对反射光场中镜面反射与漫反射分量的偏振特性进行深入挖掘,充分利用各分量之间的偏振差异性及彼此独立性的特点,建立线性约束模型;此外,通过确定线性约束模型的最佳混合系数矩阵,实现复杂反射光场中对漫反射分量的精确获取和解译.仿真与真实场景数据处理结果表明,该技术能够有效地分离复杂光场中的漫反射光分量,解决了目前三维成像及模式识别技术中对纯漫反射条件的依赖,为被动式远距离三维成像技术在复杂反射光场中的应用奠定基础.

激光加工中反射光偏振特性研究

激光加工中反射光损伤会对加工激光器造成损伤,为了解决大功率激光器工业应用中遇到的问题,降低反射光对激光器的损伤,对反射光偏振特性的研究意义就显得十分重大。设计了激光加工中反射光的检测方案,并对大功率半导体激光加工的反射光进行实验研究,得出半导体激光加工的反射光中S分量和P分量的光强比值与加工方式相关,还与加工材料相关,且该比值随着加工材料反射率的降低而降低。

面向空间探测与识别的目标光学特性分析

空间目标特性分析是天基光学探测的基础和前提,通过对空间目标特性的分析研究,结合具体探测模式,可为探测器的选型、光学系统设计、目标跟踪与识别算法提供依据。从空间目标的可见光反射特性和自身红外辐射特性出发,给出了空间目标可见光及红外特性的计算模型。结合不同工况,分析了目标在可见光波段、中长波红外波段的空间光学特征,为天基光学探测系统整体设计提供参考。

全自动偏振光实验仪

设计了一种根据光强值大小来测定布儒斯特角和演示反射光偏振特性的全自动偏振光装置。通过对比不同入射角度的反射光光强得出反射介质的布儒斯特角;通过对比入射光与反射光的光强变化得出反射光是部分偏振光且是部分点偏振。结果表明,布儒斯特角的实验值与理论值的相对误差为1.44%;该装置能够直观演示反射光的偏振特性。

粗糙水面环境溢油目标多角度可见光偏振特性

为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油(机油、原油、柴油、煤油、汽油)目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明:若相对方位角为180°,线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小,随入射天顶角的增大也先增大后减小;线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小,在相对方位角为180°时达到最大,且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上,证明了该模型的准确性,为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。

典型卫星表面材料可见光偏振特性分析

对典型卫星表面材料进行了可见光偏振测试,基于测试数据完成了表面材料的可见光反射特性分析;推导分析了基于偏振双向反射分布函数的可见光反射偏振传输模型,并基于测试数据对模型的模拟计算精度进行了评价。结果表明:模型计算的反射偏振度与实测结果有较好的一致性,且在镜面反射情况下,典型卫星表面常用的主体包覆材料偏振度最小,但偏振角有最大值。即材质表面组成成份不同,其可见光反射偏振特性有较大差异。结合考虑目标表面的偏振特性更有助于区分目标的物质组成,研究成果可为改善典型卫星目标探测的有效性提供基础数据支撑。

基于法向量估计的透明物体表面反射光分离

首先,利用透明物体表面反射光和透射光在垂直和平行方向上的光强分布关系,基于偏振正交分解原理,推导出反射光成分、透射光成分、反射光偏振度、透射光偏振度之间的函数关系。然后,根据相机成像原理,利用表面法向量求解得到透明物体表面不同位置处入射光线和法向量的夹角及入射面方位角,进而归纳出图像中各个像素点的反射光偏振度和透射光偏振度的分布规律。最后,基于反射和透射的偏振特性和相关特性,利用梯度下降算法计算得到反射分量和透射分量之间归一化的互相关最小值,最终实现反射光和透射光的分离,进而抑制了透明物体表面反射光的干扰,这为复杂反射光场景下的目标检测识别及图像匹配等提供了支持。