一种水下偏振成像探测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及偏振成像设备领域，特别涉及一种水下偏振成像探测系统，光源，偏振调制系统，图像采集系统。光源即激光器(1)，偏振调制系统包括第一偏振片(2)，第一四分之一波片(3)，扩束器(4)，图像采集系统包括步进电机控制的偏振片(8)，分束器(9)，第二偏振片(10)，第一CMOS相机(11)、第二CMOS相机(12)、计算机(13)。本实用新型专利技术通过调制圆偏振光照明，可利用卷积神经网络进行高浑浊度水下图像复原，且恢复图像效果更佳。恢复图像效果更佳。恢复图像效果更佳。

【技术实现步骤摘要】
一种水下偏振成像探测系统


[0001]本技术涉及偏振成像设备领域，具体为水下复杂环境下水下偏振成像探测系统。

技术介绍

[0002]水下成像作为研究水下世界的一种重要方法，在水下目标探测识别、水下考古、水下环境监测等领域中得到了广泛的应用。然而,在传统的水下光学成像，由于散射光的影响，成像质量受到很大的限制混浊粒子的干涉这些图像通常显示低能见度、低对比度和缺乏图像细节。特别是后向散射]光对图像对比度有重要影响。
[0003]目前，水下图像复原方法主要是分为两类，包括数字图像处理复原技术和光学复原技术。数字图像处理复原技术主通常算法简单，处理速度快，但其恢复目标细节的能力有限，且存在问题部分图像失真。光学复原技术主要是基于物理退化模型来实现的反演得到真实场景的光强恢复，包括偏振光学成像、多光谱融合复原等。偏振光学成像结构简单，应用方便，是目前最有效的光学复原技术之一,但成像效果仍存在一定局限性，影响了进一步的应用。

技术实现思路

[0004]本技术针对
技术介绍
存在的不足，本技术提供了一种水下偏振成像探测系统。输入端口中引入圆偏振图像，利用四张偏振图像进行相关参数K的估计，从而进行图像复原，可有效提高图像成像质量。
[0005]为解决上述问题，提供一种水下偏振成像探测系统，
[0006]包括设置在水下目标物上(7)外侧的主动光源、偏振调制系统和图像采集系统；主动光源包括对准水下目标物上(7)进行激光照射的激光器(1)，偏振调制系统包括设置在激光器(1)照射光束路径上的第一偏振片(2)，第一四分之一波片(3)和扩束器(4)，用于激光器(1)发出的光束依次经过第一偏振片(2)、第一四分之一波片(3)和扩束器(4)后照射在水下目标物上(7)；图像采集系统包括对准水下目标物上(7)的第一CMOS相机(11)、第二四分之一波片(10)、由步进电机控制旋转的第二偏振片(8)和计算机(13)；第二四分之一波片(10)和第二偏振片(8)分别设置在第一CMOS相机(11)与水下目标物上(7)的光束反射路径上，用于水下目标物(7)将激光器(1)发出的光束反射后依次经过第二偏振片(8)、第二四分之一波片(10)后到达第一CMOS相机(11)。
[0007]第二偏振片(8)和第二四分之一波片(10)之间设置分束器(9)和第二CMOS相机(12)，第二CMOS相机(12)对准分束器(9)；通过分束器(9)将水下目标物(7)反射后经过第二偏振片(8)的光束分成两束光束，其中一束光束经过第二四分之一波片(10)到达第一CMOS 相机(11)，另一束光束直接到达第二CMOS相机(12)，用于同时拍摄线偏振图像和圆偏振图像。
[0008]第二偏振片(8)设有与其相连接的偏振片底座，偏振片底座由步进电机控制旋转，
用于自动调整第二偏振片(8)的旋转角度。
[0009]激光器采用532nm蓝绿激光器。
[0010]计算机(13)用于接收并处理第一CMOS相机(11)和第二CMOS相机(12)拍摄的图像信息。
[0011]计算机(13)与步进电机电连接。
[0012]计算机(13)内置的图像处理模块采用GeForce RTX3070显卡
[0013]有益效果
[0014]本技术中的水下偏振成像探测系统通过调制圆偏振光照明，通过物体的偏振信息来进行目标物的图像获取，能够消除水下对光的散射吸收的影响，再经过相对算法优化从而呈现出水下目的物的高清图像。
[0015]通过步进电机对第二偏振片的旋转角度的调整，提升图像采集效率。
[0016]采用的532nm绿光激光光源，在水下透射性强，效果更好。
附图说明
[0017]图1为本技术中的水下偏振成像探测系统的组成结构示意图。
[0018]图2为本技术的实施整体流程图。
[0019]图3为建立的卷积神经网络示意图。
[0020]图4为原始图(左)，基于物理模型复原图(中)和本方法复原图的对比图(右)。
[0021]附图标号
[0022]激光器1、第一偏振片2、第一四分之一波片3、扩束器4、玻璃水缸5、模拟水下环境6、目标物7、第二偏振片8、分束器9、第二四分之一波片10、第一CMOS相机11、第二CMOS 相机12、计算机13。
具体实施方式
[0023]为了使本技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，下面结合附图和具体实施方式，对本技术技术方案进行详细阐述。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本技术，并非为了限定本技术，实施例的参数、比例等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。
[0024]由图1
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图4所示，本技术了一种水下偏振成像探测系统，包括设置在水下目标物上 7外侧的主动光源、偏振调制系统和图像采集系统；主动光源包括对准水下目标物上7进行激光照射的激光器1，其中激光器优选532nm蓝绿激光器。
[0025]偏振调制系统包括设置在激光器1照射光束路径上的第一偏振片2，第一四分之一波片3 和扩束器4，用于激光器1发出的光束依次经过第一偏振片2、第一四分之一波片3和扩束器 4后照射在水下目标物上7；图像采集系统包括对准水下目标物上7的第一CMOS相机11、第二四分之一波片10、由步进电机控制旋转的第二偏振片8和计算机13；第二四分之一波片 10和第二偏振片8分别设置在第一CMOS相机11与水下目标物上7的光束反射路径上，用于水下目标物7将激光器1发出的光束反射后依次经过第二偏振片8、第二四分之一波片10后到达第一CMOS相机11。计算机13用于接收并处理所述第一CMOS相机11和所述第二CMOS 相机12拍摄的图像信息。
[0026]其中第二偏振片8和第二四分之一波片10之间设置分束器9和第二CMOS相机12，所述第二CMOS相机12对准所述分束器9；通过所述分束器9将所述水下目标物7反射后经过第二偏振片8的光束分成两束光束，其中一束光束经过所述第二四分之一波片10到达所述第一 CMOS相机11，另一束光束直接到达所述第二CMOS相机12，用于同时拍摄线偏振图像和圆偏振图像。
[0027]第二偏振片8设有与其相连接的偏振片底座(未示出)，偏振片底座由步进电机控制旋转，计算机(13与所述步进电机电连接，用于自动调整所述第二偏振片8的旋转角度。
[0028]进一步优选的，计算机(13内置的图像处理模块采用GeForce RTX3070显卡，用于加快图像处理的速度。
[0029]具体的，利用该系统进行水下偏振成像探测的具体步骤如下：
[0030]步骤1、搭建水下主动成像系统，采集水下清晰图像。调制圆偏振光作为光源1，为获得模拟水下环境6，选择PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)玻璃水缸5，将目标物7置入玻璃水缸5中，分别加入不同浓度的脱脂牛奶从而得到实验样本环境。
[0031]本实施例中共采集124组偏振图像，每组图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下偏振成像探测系统，其特征在于，包括设置在水下目标物上(7)外侧的主动光源、偏振调制系统和图像采集系统；所述主动光源包括对准所述水下目标物上(7)进行激光照射的激光器(1)，所述偏振调制系统包括设置在所述激光器(1)照射光束路径上的第一偏振片(2)，第一四分之一波片(3)和扩束器(4)，用于所述激光器(1)发出的光束依次经过所述第一偏振片(2)、所述第一四分之一波片(3)和所述扩束器(4)后照射在水下目标物上(7)；所述图像采集系统包括对准所述水下目标物上(7)的第一CMOS相机(11)、第二四分之一波片(10)、由步进电机控制旋转的第二偏振片(8)和计算机(13)；所述第二四分之一波片(10)和第二偏振片(8)分别设置在所述第一CMOS相机(11)与所述水下目标物上(7)的光束反射路径上，用于所述水下目标物(7)将所述激光器(1)发出的光束反射后依次经过所述第二偏振片(8)、第二四分之一波片(10)后到达所述第一CMOS相机(11)。2.根据权利要求1所述的水下偏振成像探测系统，其特征在于，所述第二偏振片(8)和第二四分之一波片(10)之间设置分束器(9)和第二CMOS相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：任启明，项延发，陈瑞品，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：新型
国别省市：