基于偏振的绘制和感知方法及系统技术方案

一种使用长波红外成像偏振测定来改善道路或路径的绘制和感知以及感知或检测障碍物的方法，包括使用偏振计记录原始图像数据以获得道路或区域的偏振图像。然后针对不均匀性、光学失真和登记修正图像。计算IR数据结果和偏振数据结果，以及将产生的数据结果转换为多维数据集以供利用。将对比度增强算法应用于多维图像以形成增强的对象图像。然后可以将增强的对象图像显示给用户和/或信号器可以通告对象的存在。另外，交通工具可以基于道路中对象的存在而采用躲避动作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于偏振的绘制和感知方法及系统相关申请的引用本申请要求在2014年8月26日递交的序列号为62/041,778、名称为“Polarization-basedMappingandPerceptionSystemandMethod”的美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请通过引用完全并入在本文中。本申请还是在2015年1月22日递交的序列号为14/602,823、名称为“PolarizationImagingforFacialRecognitionEnhancementSystemandMethod”的美国非临时申请的部分继续申请，该美国非临时申请的全部内容通过引用完全并入在本文中。政府许可权利本专利技术在由美国海军授予的合同号N00014-13-C-0290下获得政府支持而得以进行。政府在本专利技术中具有特定权利。
技术介绍
和
技术实现思路
如在本文中所使用，长波红外被称为“LWIR”或“热红外”。如在本文中所使用，“绘制”指的是将场景中的对象相对于该场景中的其它对象或元素而放置。作为示例，“那个小石头在道路中紧挨着就在该道路旁边的那个大石头”。如在本文中所使用，“道路”指的是人、动物或交通工具可沿着其横跨的任何路径。在本文中公开了使用长波红外成像偏振测定来改善道路或路径的绘制和感知以及感知或检测对象的方法。所描述的方法未被束缚于任何一种具体的偏振计传感器架构，因此所描述的方法适合于能够检测关键的偏振测定标志的所有LWIR传感器。该方法包括使用偏振计记录区域的原始图像数据以获得该区域的偏振图像。然后根据由传感器的架构所需的过程，针对不均匀性、光学失真和登记修正图像。计算IR数据结果和偏振数据结果，以及将产生的数据结果转换为多维数据集以供利用。将对比度增强算法应用于多维图像以形成增强的对象图像。然后可以将增强的对象图像显示给用户和/或信号器可以通告对象的存在。另外，交通工具可以基于道路中对象的存在而采用躲避动作。标准的IR照相机提供关于IR标志的信息(即，目标看起来多亮)、空间信息(即，目标在场景中的何处)、和时间信息(即，在帧之间，目标在场景中的变化)。如本文中所公开的偏振测定系统和方法提供所有的这种信息以及还提供偏振测定标志。附图说明本专利或申请文件包含按颜色执行的至少一个附图。在提出请求并支付所需费用之后，专利局将提供本专利或专利申请公布的带有彩图的副本。图1为示出根据本专利技术的示例性实施方式的系统的框图。图2示出如图1所示的示例性偏振计和信号处理单元。图3为示出根据本专利技术的示例性实施方式的系统逻辑的示例性架构和功能的流程图。图4a示出道路在夜间的可见图像。图4b为同一道路在夜间的热像。图4c示出利用根据本专利技术的示例性实施方式的系统和方法所获得的道路的偏振图像。图5a为道路在白天的可见图像。图5b为图5a的道路的热像。图5c为利用根据本专利技术的示例性实施方式的系统和方法所获得的图5a的道路的偏振图像。图6a为在夜间所示出的具有中央分隔带和人行道的道路的可见图像。图6b为图6a的道路也在夜间的热像。图6c为利用根据本专利技术的示例性实施方式的系统和方法所获得的图6a的道路的偏振图像。图7a为泥土路的可见图像，其示出了在该道路上的示例性障碍物。图7b为图7a的道路的热像。图7c为图7a的道路的对比度增强的热像。图7d为图7a的道路的偏振图像。图7e为图7d的道路的色彩融合图像。图8a为泥土路的可见图像，其示出了夜间在该道路上的示例性障碍物。图8b为图8a的道路的热像。图8c为图8a的道路的对比度增强的热像。图8d为图8a的道路的偏振图像。图8e为图8d的道路的色彩融合图像。图9a示出火车轨道的可见图像。图9b为图9a的火车轨道的热像。图9c为图9c的火车轨道的偏振图像。图10a为示出船上渔民的海事场景的斯托克斯(Stokes)矢量图像S0。图10b为图10a的场景的色彩融合图像。图10c为图10a的海事的斯托克斯矢量图像S1。图10d为图10a的海事的斯托克斯矢量图像S2。图10e为图10a的海事场景的DoLP图像。具体实施方式图1示出根据本专利技术的示例性实施方式的系统100。该系统100包括安装在交通工具103上的偏振计101、以及信号处理单元107，该偏振计101和信号处理单元107收集和分析表面111的图像，用于对象102的检测和通告。图1中所示的示例性对象102包括障碍物104、水坑或泥潭105、以及道路边缘106。如在本文中所使用，术语“对象”可以指任何物体、道路缺陷或感兴趣的区域，在一些实施方式中包括人或其他动物。在图1中，障碍物104和泥潭105为交通工具想要避免的对象。道路边缘106为交通工具想要知道其位置以便停留在道路上的对象。因此在一些实施方式中，对象102为待避免或待定位以便安全导航交通工具103的对象。在其它实施方式中，对象102为需要位置的项目，例如在搜索和营救操作期间的人，如在本文中进一步讨论。偏振计101包括用于记录偏振图像的偏振成像设备，诸如收集图像的数码相机或热成像器。交通工具103可以为汽车、船舶、飞机、或任何可导航的交通工具，或步行的人。偏振计101收集道路环境的原始图像数据，该道路环境包括表面111(例如道路)和对象102，诸如障碍物104、水坑或泥潭105、以及道路边缘106。偏振计101将原始图像数据发送到信号处理单元107，该信号处理单元107处理数据，如在本文中进一步讨论。然后在显示器108上将处理的数据显示给操作者，或者在信号器110上通告检测，如在本文中进一步讨论。尽管图1将偏振计101、信号处理单元107、显示器109和信号器110示出为独立项，但是偏振计101和信号处理单元107在某些实施方式中被组装为一个设备且被放置在交通工具103上，从而偏振计具有道路的视野，以及显示器109和信号器110被组装在一起且被放置在交通工具内部。在所示的实施方式中，偏振计101通过网络或通信信道108将原始图像数据(未示出)发送到信号处理单元107，并且处理的数据被发送到显示器109和信号器110。信号处理单元107可以为在本领域中已知的或未来开发的任何合适的计算机。信号处理单元107接收原始图像数据、过滤该数据、并分析该数据，如在本文中进一步讨论，以提供增强的成像以及检测和通告。网络108可以为在本领域中已知的或未来开发的任何类型的一个或多个网络，诸如简单的通信电缆、因特网主干网、以太网、Wifi、WiMax、电力线宽带、同轴电缆等。网络108可以为硬件、软件或二者的任何组合。另外，网络108可以存在于封装偏振计101和信号处理单元107的传感器(未示出)中。在另一示例性实施方式(未示出)中，在农业环境中，交通工具103包括有人或无人(自主)农业设备，以及对象102包括沿着农场道路或在田地中的障碍物。在另一实施方式中，交通工具103包括在水路或海洋上运行的有人或无人(自主)船舶，以及对象102漂浮在水中。在另一示例性实施方式(未示出)中，交通工具103包括进行搜索和营救活动的人或船舶，以及对象102为涉及水体的事故的受害者。在另一示例性实施方式(未示出)中，交通工具103包括有人或无人(自主)飞机，以及对象102为在机场环境中发现的那些对象，该机场环境包括跑道以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从移动交通工具沿着路径检测对象的方法，所述方法包括：使用偏振计记录区域的原始图像数据以获得所述区域的偏振图像；对所述偏振图像执行修正以形成修正图像；从所述修正图像计算IR数据结果和偏振数据结果；将数据结果转换为多维数据集以形成多维图像；将对比度增强算法应用于多维图像以形成增强的对象图像；自动识别所述对象图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.26 US 62/041,778;2015.01.22 US 14/602,8231.一种从移动交通工具沿着路径检测对象的方法，所述方法包括：使用偏振计记录区域的原始图像数据以获得所述区域的偏振图像；对所述偏振图像执行修正以形成修正图像；从所述修正图像计算IR数据结果和偏振数据结果；将数据结果转换为多维数据集以形成多维图像；将对比度增强算法应用于多维图像以形成增强的对象图像；自动识别所述对象图像。2.如权利要求1所述的方法，还包括生成检测到的对象的绘制。3.如权利要求1所述的方法，还包括将所述增强的对象图像显示给用户。4.如权利要求1所述的方法，还包括将检测到的对象通告给用户。5.如权利要求1所述的方法，还包括自动采取躲避动作以避开检测到的对象。6.如权利要求1所述的方法，其中，对所述偏振图像执行修正以形成修正图像的步骤包括针对不均匀性修正所述偏振图像。7.如权利要求6所述的方法，其中，对所述偏振图像执行修正的步骤还包括执行光学失真修正和登记修正。8.如权利要求1所述的方法，其中，从所述修正图像计算IR数据结果和偏振数据结果的步骤包括：通过所述偏振图像的加权减法，从所述偏振图像计算斯托克斯参数S0、S1和S2以创建斯托克斯图像。9.如权利要求8所述的方法，还包括计算从所述斯托克斯图像导出的偏振图像。10.如权利要求9所述的方法，其中，计算从所述斯托克斯图像导出的偏振图像的步骤包括从所述斯托克斯图像计算DoLP图像。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述路径包括道路，以及所述方法包括识别用...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·M·艾科克，戴维·B·切诺特，乔纳森·B·汉克斯，约翰·S·哈尔查恩科，
申请(专利权)人：波拉里斯传感器技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US