一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种目标识别方法与系统，具体涉及一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法与系统，解决传统的光谱伪装物识别需要确认伪装物的光谱特征，多波段光谱特征在伪装物识别方面有难度，且伪装物和自然背景往往具有异物同谱的现象，使伪装物难以识别的技术问题。本发明专利技术基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，可以同时获取目标的偏振光谱信息，提高目标的识别准确率。该系统包括转台、设置在转台上的偏振多光谱相机、图像处理模块以及图像分析识别模块；转台与偏振多光谱相机分别与外部控制模块连接；偏振多光谱相机与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端与图像分析识别模块连接。与图像分析识别模块连接。与图像分析识别模块连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法与系统


[0001]本专利技术涉及一种目标识别方法与系统，具体涉及一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法与系统。

技术介绍

[0002]目标识别在日常生活建设和国家安全防卫领域都具有重要作用，如何提高目标识别的准确率是目标识别的重要研究方向。自然背景复杂多变，且目标特征多样又有相似性，无疑增加了目标识别的难度。传统的多光谱识别受环境影响大，且光谱波段少、获取信息量小，随着探测技术的发展，多光谱识别逐步提升到获取光谱数据、偏振数据及偏振光谱数据的程度。
[0003]偏振光谱探测是近些年来广受关注的新型对地探测手段，偏振态是电磁波固有属性，地球或者大气中的目标在反射或散射电磁波时都会产生由自身状态决定的偏振特性，并且目标的各种信息都包含在这些偏振特性中。偏振光谱图像包含了空间、光谱、偏振等多维信息，兼具光谱图像和偏振图像的特点和优势，而且偏振光谱图像中包含更多的目标信息，能够增加目标和背景的对比度，提升目标的检测能力，并适用于复杂背景的地物检测。
[0004]伪装物的伪装原理是利用光谱伪装使得外表纹理或色彩与背景相似，因此伪装物和自然背景往往具有异物同谱的现象，为伪装物的识别带来困难；传统的光谱伪装物识别往往需要确认伪装物的光谱特征，多波段光谱特征在伪装物识别方面有难度，而伪装物作为人造物与自然背景在表面粗糙度和含水量上有差异，使得两者在偏振特征参量上差异明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决传统的光谱伪装物识别需要确认伪装物的光谱特征，多波段光谱特征在伪装物识别方面有难度，且伪装物和自然背景往往具有异物同谱的现象，使伪装物难以识别的技术问题，而提供一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法与系统，可以同时获取目标的偏振光谱信息，提高目标的识别准确率。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1：获取目标场景的原始偏振光谱图像；
[0009]步骤2：将原始偏振光谱图像分离并重构，获得不同偏振方向对应的偏振高光谱图像；
[0010]步骤3：计算步骤2所得的偏振高光谱图像的偏振参量；
[0011]步骤4：利用红色波段与近红外波段的偏振参量计算NDVI指数，获得NDVI指数图像；
[0012]步骤5：对NDVI指数图像进行二值化，获得二值化图像；
[0013]步骤6：对二值化图像进行腐蚀运算与膨胀运算，获得伪装物识别后的目标物和背景。
[0014]进一步地，步骤1具体为：
[0015]将基于线性渐变滤光片的偏振多光谱相机固定在转台的转轴中心位置，确定位移像元个数s,根据位移像元个数s调整转台的转速和旋转角度；再利用偏振多光谱相机获取目标场景的M张原始偏振光谱图像，其中s为2的倍数，M为大于等于1的整数。
[0016]进一步地，步骤2具体为：
[0017]2.1)利用线性渐变滤光片，获得每张原始偏振光谱图像上的波长λ1，λ2，
…
，λn；提取波长λ1，λ2，
…
，λn的响应峰值位置对应的位移像元个数s列，并将位移像元个数s列分别拼接，获得包含偏振方向的单一波段图像，n为大于等于1的整数；
[0018]所述偏振方向包括0
°
、45
°
、90
°
和135
°
；
[0019]2.2)根据四个偏振方向分别分解步骤2.1)所得的单一波段图像，获得偏振高光谱图像。
[0020]进一步地，步骤3具体为：
[0021]通过下式计算偏振高光谱图像的偏振参量S
[0022][0023]式中，I表示两个偏振分量I0°
、I
90
°
分别在0
°
和90
°
的光强之和，即总偏振强度；
[0024]Q表示两个偏振分量I0°
、I
90
°
分别在0
°
和90
°
的光强之差；
[0025]U表示两个偏振分量I
45
°
、I
135
°
分别在45
°
和135
°
的光强之和。
[0026]进一步地，步骤4具体为：
[0027]对红色波段与近红外波段的偏振高光谱图像的偏振参量进行排列组合，，分别计算NDVI指数图像，再计算NDVI指数图像的标准差，选择标准差最大的NDVI指数图像，作为最佳效果的NDVI指数图像；
[0028]NDVI指数通过下式计算：
[0029][0030]式中：I
RED
表示红色波段，I
NIR
表示近红外波段。
[0031]进一步地，步骤5具体为：
[0032]根据步骤4中计算出的NDVI指数图像上各像元数值，画出NDVI指数图像对应的直方图，将直方图对应的曲线上极小值点设置为阈值T；对NDVI指数图像中的每个像元进行二值化，当NDVI指数的数值小于等于阈值T时置为0，当NDVI指数的数值大于阈值T时置为255，获得二值化图像。
[0033]进一步地，步骤6具体为：
[0034]将步骤5所得二值化图像上数值为0的像元作为图形点，数值为255的像元作为背景点，进行腐蚀运算与膨胀运算，获得伪装物识别后的图像；
[0035]腐蚀运算的具体方法为：
[0036]将图形点在3
×
3邻域内的全部背景点的数值设为0；
[0037]膨胀运算的具体方法为：
[0038]将背景点在3
×
3邻域内的全部图形点的数值设为255。
[0039]进一步地，还包括步骤7：将伪装物识别后的图像通过图像显示模块(5)进行展示；
[0040]步骤2.1)中，获得每张原始偏振光谱图像上的波长λ1，λ2，
…
，λn具体为：将每张原始偏振光谱图像从左到右依次包含430nm
‑
850nm的波段信息，波段间隔为5nm，获得n＝85个波段；
[0041]步骤4中，I
RED
的取值为700nm，I
NIR
的取值为800nm。
[0042]同时，本专利技术还提供了一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别系统用于实现上述基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于：包括转台、设置在转台上的偏振多光谱相机、图像处理模块以及图像分析识别模块；偏振多光谱相机固定连接在转台的转轴中心位置处；
[0043]转台与偏振多光谱相机分别与外部控制模块连接；
[0044]偏振多光谱相机与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端与图像分析识别模块连接；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取目标场景的原始偏振光谱图像；步骤2：将原始偏振光谱图像分离并重构，获得不同偏振方向对应的偏振高光谱图像；步骤3：计算步骤2所得的偏振高光谱图像的偏振参量；步骤4：利用红色波段与近红外波段的偏振参量计算NDVI指数，获得NDVI指数图像；步骤5：对NDVI指数图像进行二值化，获得二值化图像；步骤6：对二值化图像进行腐蚀运算与膨胀运算，获得伪装物识别后的目标物和背景。2.根据权利要求1所述的一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于，步骤1具体为：将基于线性渐变滤光片的偏振多光谱相机(2)固定在转台(1)的转州中心位置，确定位移像元个数s,根据位移像元个数s调整转台(1)的转速和旋转角度；再利用偏振多光谱相机(2)获取目标场景的M张原始偏振光谱图像，其中s为2的倍数，M为大于等于1的整数。3.根据权利要求2所述的一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于，步骤2具体为：2.1)利用线性渐变滤光片，获得每张原始偏振光谱图像上的波长λ1，λ2，
…
，λn；提取波长λ1，λ2，
…
，λn的响应峰值位置对应的位移像元个数s列，并将位移像元个数s列分别拼接，获得包含偏振方向的单一波段图像，n为大于等于1的整数；所述偏振方向包括0
°
、45
°
、90
°
和135
°
；2.2)根据四个偏振方向分别分解步骤2.1)所得的单一波段图像，获得偏振高光谱图像。4.根据权利要求3所述的一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于，步骤3具体为：通过下式计算偏振高光谱图像的偏振参量S式中，I表示两个偏振分量I0°
、I
90
°
分别在0
°
和90
°
的光强之和，即总偏振强度；Q表示两个偏振分量I0°
、I
90
°
分别在0
°
和90
°
的光强之差；U表示两个偏振分量I
45
°
、I
135
°
分别在45
°
和135
°
的光强之和。5.根据权利要求4所述的一种基于偏振光获取与波段运算的伪装物识别方法，其特征在于，步骤4具体为：对红色波段与近红外波段的偏振高光谱图像的偏振参量进行排列组合，分别计算NDVI指数图像，再计算NDVI指数图像的标准差，选择标准差最大的NDV...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪霁，于涛，钟菁菁，刘宏，刘嘉诚，刘骁，亓晨，胡炳樑，
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：