一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其目的是解决现有基于偏振信息的海面搜救目标中存在探测成像技术水平和目标强化水平有限，难以实时灵活应对复杂多变的海况与天气要求的技术问题。该方法首先通过实时快照式偏振成像设备同时在多个特定偏振角度上对搜索区域成像，通过成像设备上的机械电子稳像设备保证成像效果没有拖尾等由于相对移动带来的不利影响，之后对采集到的包含疑似目标的图像进行初始对比度评估分类，当评估为对比度低时，结合搜救当时的天气信息进行利用目标多模可见光偏振信息的图像强化。目标多模可见光偏振信息的图像强化。目标多模可见光偏振信息的图像强化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法


[0001]本专利技术涉及一种海面搜救目标强化方法，具体涉及一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法。

技术介绍

[0002]航空海上搜救通常包括对待搜救目标的搜索、探测和定位等步骤，这其中，对海面待搜救目标的清晰光学成像，在发现目标、观察目标周边环境条件并制定相应搜救计划中举足轻重。在航空海上搜救中，海面目标主要包括人体目标与小型救生船体目标，人体目标又分为普通着装人体目标、救生衣人体目标与救生圈中人体目标。海面待搜救目标具有尺寸小、易受海面波动影响和易受海面杂光干扰的特点，加之航空海上搜救作业常常由于复杂天气、恶劣环境等自然条件限制，使得对海面待搜救目标的有效清晰成像探测尤为重要。为此，世界各国已积极开展针对航空海上搜救目标的光学成像与处理技术研究，致力于加强海面待搜救目标的成像探测清晰度与目标成像空间精度等。
[0003]从1994年Alfrad W.Copper等人通过中波与长波红外偏振对海面舰船目标进行成像实验并发现了可通过特定方向的偏振光对海面舰船目标进行对比度强化之后，偏振信息就开始逐渐地被应用于海面及相关联的空域背景目标成像效果增强技术中。2008年美国Polaris Sensor Technologies公司进行了一系列长波红外偏振海面成像实验，利用线偏振度与线偏振分量S1图像获得了拥有目标与海面背景较高对比度的探测图像。除了对红外偏振海面目标成像机理的研究之外，针对复杂天气与海面特殊环境的研究，也在近年得到了快速发展。2017年陈卫团队利用带有不同偏振方向的双线偏振片可见光成像系统，实现了对海面太阳耀光的抑制效果，通过对海面耀光的成像强度抑制，实现了增强海面舰船探测图像信噪比的目的。对于海面常见的雨雪雾天等低能见度环境，Yoav Y.Schechner等人从2001年着手实验研究，提出了一种在无天空背景环境基于独立分量分析的偏振度估计方法，利用特征分量与距离分量来估计偏振度并去除散射光对成像质量的影响，实现了特殊天气环境下增强目标对比度的目的。经过多年发展，对于利用偏振信息进行去环境光散射影响的研究目前主要包括偏振差分成像、基于斯托克斯量、基于图像空间分辨率等具体方法，不同方法在不同方面均有一定的优势。然而，基于偏振信息的海面目标探测技术与航空搜救领域的实际应用的结合还不完善，并且对于实时灵活应对复杂多变的海况与天气的要求，当前阶段基于偏振信息的各项技术还有一定距离。因此，需要更为先进的成像与目标强化手段来对海面待搜救目标实现快速探测与增强。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有基于偏振信息的海面搜救目标中存在探测成像技术水平和目标强化水平有限，难以实时灵活应对复杂多变的海况与天气要求的技术问题，提供一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术解决方案如下：
[0006]一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]1)将机载数字成像设备所拍摄的机上海面搜索区域可见光偏振图像序列，经机械电子稳像设备补偿后作为输入图像；
[0008]2)通过图像自动判断来判断输入图像中是否存在疑似待搜救目标，所述待搜救目标包含人体目标、救生圈目标和/或船体目标；若存在，则执行步骤3)，若不存在，则执行步骤11)；
[0009]3)对包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，进行前后景对比度评估以量化成像结果的清晰度，根据清晰度判断是否需要强化图像，若需要，则执行步骤4)，若不需要，则执行步骤11)；
[0010]4)依据对同一搜救区域多幅不同角度同时采集的偏振图像，计算需要进行疑似目标强化的可见光偏振图像的偏振度图；
[0011]5)对包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像进行直方图转化，判断其直方强度是否密集，若密集，则执行步骤6)，若不密集，则执行步骤9)；
[0012]6)对直方强度密集的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，进行基于偏振信息的海面背景去耀光处理；
[0013]7)将当前帧去耀光处理之后的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，与上一帧或前几帧海面背景图做差分处理，提取差分绝对值较大的部分，作为当前帧中的疑似目标区域；
[0014]8)利用小波变换将去耀光处理之后的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像分解为不同的空间频率层，将图像的模糊部分集中在低频分量上，采用空气光与直接透射相结合的去散射方法，对低频部分进行包含针对不同偏振分量的解构与加权重组的去散射处理，对高频部分通过传递函数进行处理，最后利用低频和高频分量进行图像重构，得到一幅清晰度较高的去散射光影响的去模糊图像；
[0015]9)量化计算去模糊图像的前后景对比度并判断是否达到对比度设定阈值，若达到，则执行步骤10)，若未达到，则返回步骤8)；所述前后景中的前景是指步骤7)中的疑似目标区域，后景是指去模糊图像去除疑似目标区域后的区域；
[0016]10)将图像进行输出处理，海面待搜救目标的强化完成。
[0017]进一步地，步骤1)中，所述机载数字成像设备的输出帧频为25Hz。
[0018]进一步地，步骤1)中，所述机载数字成像设备包含至少四个特定角度的海面搜索区域偏振成像结果。
[0019]进一步地，步骤1)中，所述机载数字成像设备的偏振信息采集手段为快照式快速成像。
[0020]进一步地，步骤2)中，所述图像自动判断通过以下一个或多个方面的判断进行：
[0021]a)色彩方面
[0022]对图像中色彩信息明显波动的区域进行快速提取，并将其列为包含疑似待搜救目标图像区域；
[0023]b)尺寸方面
[0024]结合搜救飞机的实时飞行信息，考虑光学系统标准参数，计算出在当前飞行状态与成像条件下人体目标、救生圈目标与船体目标的成像尺寸范围，并依据该尺寸范围对搜
索图像中的海面物体进行判断与排除，选出在近似尺寸范围内的疑似目标；所述实时飞行信息包括高度、速度和角度；
[0025]c)轮廓方面
[0026]结合救生圈目标和船体目标的形状轮廓和边角特征，人体目标的轮廓，以及低空搜救和高空搜救成像角度不同造成的差异，配合并行计算处理系统，自动标注疑似目标。
[0027]进一步地，步骤2)中，通过图像自动判断来判断输入图像中是否存在疑似待搜救目标后，还需对自动判断结果进行人工抽检复核，人工抽检复核具体是指：
[0028]将已自动标注的疑似目标，与红外和雷达实时成像结果进行比对，确定需要进行疑似目标强化的图像。
[0029]进一步地，步骤3)中，所述评估量化采用方差函数、平方梯度函数或Vollath函数；
[0030]方差函数的计算表达式如下：
[0031]D(f)＝∑
x
∑
y
|f(x,y)
‑
μ|2[0032]其中，f(x,y)是图像对应像素点(x,y)的灰度值，D(f)为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将机载数字成像设备所拍摄的机上海面搜索区域可见光偏振图像序列，经机械电子稳像设备补偿后作为输入图像；2)通过图像自动判断来判断输入图像中是否存在疑似待搜救目标，所述待搜救目标包含人体目标、救生圈目标和/或船体目标；若存在，则执行步骤3)，若不存在，则执行步骤11)；3)对包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，进行前后景对比度评估以量化成像结果的清晰度，根据清晰度判断是否需要强化图像，若需要，则执行步骤4)，若不需要，则执行步骤11)；4)依据对同一搜救区域多幅不同角度同时采集的偏振图像，计算需要进行疑似目标强化的可见光偏振图像的偏振度图；5)对包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像进行直方图转化，判断其直方强度是否密集，若密集，则执行步骤6)，若不密集，则执行步骤9)；6)对直方强度密集的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，进行基于偏振信息的海面背景去耀光处理；7)将当前帧去耀光处理之后的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像，与上一帧或前几帧海面背景图做差分处理，提取差分绝对值较大的部分，作为当前帧中的疑似目标区域；8)利用小波变换将去耀光处理之后的包含疑似待搜救目标的可见光偏振图像分解为不同的空间频率层，将图像的模糊部分集中在低频分量上，采用空气光与直接透射相结合的去散射方法，对低频部分进行包含针对不同偏振分量的解构与加权重组的去散射处理，对高频部分通过传递函数进行处理，最后利用低频和高频分量进行图像重构，得到一幅清晰度较高的去散射光影响的去模糊图像；9)量化计算去模糊图像的前后景对比度并判断是否达到对比度设定阈值，若达到，则执行步骤10)，若未达到，则返回步骤8)；所述前后景中的前景是指步骤7)中的疑似目标区域，后景是指去模糊图像去除疑似目标区域后的区域；10)将图像进行输出处理，海面待搜救目标的强化完成。2.根据权利要求1所述的基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特征在于：步骤1)中，所述机载数字成像设备的输出帧频为25Hz。3.根据权利要求2所述的基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特征在于：步骤1)中，所述机载数字成像设备包含至少四个特定角度的海面搜索区域偏振成像结果。4.根据权利要求3所述的基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特征在于：步骤1)中，所述机载数字成像设备的偏振信息采集手段为快照式快速成像。5.根据权利要求4所述的基于偏振信息的海面搜救目标强化方法，其特征在于：步骤2)中，所述图像自动判断通过以下一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文博，王卫峰，张如飞，赵君臣，肖茂森，陆卫国，高鹏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：