基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法及系统，方法包括：利用偏振相机采集目标场景的出射光强，据以计算出目标场景的斯托克斯参数图像数据，据以解析得到偏振信息；将合成光强I以及线偏振度P以及偏振角A，分别映射到HSV模型中的明度V、饱和度S、色调H，得到归一化合成光强、线偏振度拉伸数据、偏振角预处理数据以及色调匹配参数；针对目标场景中的当前观测点，利用预设偏振鲁棒性判别逻辑处理偏振角A的特性数据，以获取偏振鲁棒性判别参数；根据振鲁棒性判别参数判断偏振噪声的状态，进行伪彩色模型映射；将伪色彩HSV图像转换为RGB颜色表示图像供显示，本发明专利技术解决了由目标所处背景区域过暗导致伪彩色融和结果不理想的技术问题。不理想的技术问题。不理想的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法及系统


[0001]本专利技术涉及目标识别及成像
，具体涉及基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法及系统。

技术介绍

[0002]暗背景下目标对比度低，不利于探测识别，而偏振成像能同时获取目标强度和偏振信息，在低照度等条件下具有探测优势。而人眼对彩色的识别能力大大优于灰度级的识别能力，因此，研究人员提出了许多基于偏振信息的图像伪彩色融合方法，从而提高目标检测识别效率。
[0003]最经典的伪彩色融合方法是Wolff的基于HSV模型映射方法，例如公布号为CN111292279A的现有专利技术专利申请文献《一种基于彩色图像融合的偏振图像可视化方法》首先将偏振图像转换为光强、偏振度和偏振角的三通道图像；其次将图像分解为偏振光彩色图像与自然光灰度图像；再次，对分解的两幅图像进行图像融合，具体是根据需求选择合适的边缘保持的融合算法将两幅图像的光强通道融合；然后，将融合后的光强和偏振角通道进行归一化；最后，将归一化后的图像投影到HSV颜色空间得到最终的具有可视化的偏振彩色图像。前述现有技术将偏振角映射到色调、偏振度映射到饱和度、合成光强映射到亮度。但若目标图像的辐照度比较低，即合成光强分量低，那么融合结果的彩色特性不够明显，目标增强效果差，而且受噪声影响大。为了增强伪彩色融合效果，Zhou等人在经典方法的基础上提出了基于非负矩阵分解和HSV空间的伪彩色融合方法、Xu等人提出了基于低秩稀疏分解的伪彩色图像融合方法等，这些方法对于抑制背景噪声有一定的效果，但都只是从信息处理的角度出发，没有从偏振特性入手解决问题。
[0004]综上，现有技术存在由目标所处背景区域过暗导致伪彩色融和结果不理想的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中由目标所处背景区域过暗导致伪彩色融和结果不理想的技术问题。
[0006]本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法包括：
[0007]S1、利用偏振相机在不少于3个方向上，采集目标场景的出射光强I(θ)，据以利用预置逻辑计算出目标场景的斯托克斯参数图像数据，据以解析得到偏振信息，其中，偏振信息包括：线偏振度P和偏振角A；
[0008]S2、将合成光强I以及线偏振度P以及偏振角A，分别映射到HSV模型中的明度V、饱和度S、色调H，以得到伪彩色模型映射适用数据，其中，伪彩色模型映射适用数据包括：归一化合成光强、线偏振度拉伸数据、偏振角预处理数据以及色调匹配参数；
[0009]S3、利用预设偏振鲁棒性判别逻辑处理偏振角A的特性数据，以获取偏振鲁棒性判
别参数；
[0010]S4、根据振鲁棒性判别参数判断偏振噪声的状态，在偏振噪声小于预设偏振噪声阈值时，取归一化合成光强、线偏振度拉伸数据的最大值，以映射到明度V；在偏振噪声大于或等于预设偏振噪声阈值时，将归一化合成光强映射到明度V，据以获取伪色彩HSV图像；
[0011]S5、将伪色彩HSV颜色表示转换为RGB颜色表示，以在计算机上显示伪彩色图像。
[0012]本专利技术在对P和A的预处理过程中，充分考虑偏振度和偏振角的物理意义，尽可能地保留偏振参量的多维信息，为后续数据处理提供良好的数据支撑。本专利技术针对偏振图像中暗的区域倾向于有更强的偏振特性。同时，本专利技术利用对光强的归一化、偏振数据的拉伸等操作，使得伪彩色融合后的彩色特征较现有技术更加明显。改善因目标所处背景区域过暗造成的伪彩色融和结果不理想的情况。本专利技术判断出某区域是强偏振特性区域还是极化噪声区域，从而达到凸显出目标偏振特性的目的。
[0013]在更具体的技术方案中，步骤S1中，利用偏振相机采集目标场景的出射光强I(θ)，处理得到斯托克斯参数图像数据：利用偏振相机采集目标场景三个方向的出射光强I(θ1)、I(θ2)、I(θ3)，带入公式可求得合成光强I、线偏振参量Q、U；其中，I为合成光强，Q、U为线偏振参量。
[0014]在更具体的技术方案中，步骤S1中，利用下述逻辑，解析得到线偏振度P以及偏振角A：
[0015][0016][0017]在更具体的技术方案中，步骤S2中，利用下述逻辑归一化处理出射光强，以将出射光强的值域变换至适用光强区间，据以获取归一化合成光强
[0018][0019]在更具体的技术方案中，步骤S2，利用下述逻辑对线偏振度P做拉伸处理，以将线偏振度P拉伸至线偏振度适用值域范围，以得到线偏振度拉伸数据
[0020][0021]本专利技术针对实际应用场景中，由于地物的线偏振度多处于10％以下的区间的特点，利用线偏振度拉伸逻辑对线偏振度进行拉伸处理，提升了图像对比度。
[0022]在更具体的技术方案中，步骤S2中，采用下述逻辑处理偏振角A，以得到偏振角预处理数据：
[0023][0024]本专利技术针对arctan()函数的取值范围及偏振角处理结果与偏振角的物理意义(偏振角的值域范围在[0,π])不相符的问题。采用atan2()函数替代arctan()函数，更加全面地考虑了偏振角的物理意义，提升了融合效果与实际情况的符合性。
[0025]在更具体的技术方案中，步骤S2包括：利用下述逻辑，对偏振角A乘上预置系数，以匹配色调H的值域，据以得到色调匹配参数φ：
[0026][0027]在更具体的技术方案中，步骤S3中，利用下述逻辑进行偏振鲁棒性判别，以得到偏振鲁棒性判别参数Δ：
[0028][0029][0030]Δ＝close(open(Δ,B),B)
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(15)
[0031]其中，f1＝sin2φ，f2＝cos2φ，f1(x,y)对应图像f1中的一个像素点，M为邻域S中的像素点数(包含中心点)。在这里S邻域取八邻域，则M＝9，那么表示对f1做模板为3*3的邻域平均。g为当前点偏振鲁棒性表征参数，t为判别阈值，close和open为形态学开和闭运算，B为结构元素。
[0032]本专利技术利用偏振角的特性判别偏振鲁棒性。本专利技术利用在偏振度相对于线性斯托克斯参量的测量鲁棒性较差的时候，偏振角统计量近似于高斯分布；而当偏振度相对于线性斯托克斯参量的测量鲁棒性好时，AOP上近似于均匀分布，因此可以利用偏振角AOP的这一特性作为估算某区域是否是偏振噪声，基于偏振角特性的暗背景下的偏振鲁棒性判别，进一步优化了图像伪彩色融合效果。
[0033]在更具体的技术方案中，步骤S4中，利用下述逻辑进行伪彩色模型映射：
[0034]H＝φ
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(10)
[0035][0036][0037]本专利技术根据偏振鲁棒性判别参数，对某一区域偏振鲁棒性以及偏振噪声进行判别，以作为伪色彩模型映射操作的判据。这样既能突显出低反射率高偏振特性区域，又能避
免出现大范围的假极化现象。
[0038]在更具体的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述方法包括：S1、利用偏振相机在不少于3个方向上，采集目标场景的出射光强I(θ)，据以利用预置逻辑计算出所述目标场景的斯托克斯参数图像数据，据以解析得到偏振信息，其中，所述偏振信息包括：线偏振度P和偏振角A；S2、将所述合成光强I以及所述线偏振度P以及所述偏振角A，分别映射到HSV模型中的明度V、饱和度S、色调H，以得到伪彩色模型映射适用数据，其中，所述伪彩色模型映射适用数据包括：归一化合成光强、线偏振度拉伸数据、偏振角预处理数据以及色调匹配参数；S3、利用预设偏振鲁棒性判别逻辑处理所述偏振角A的特性数据，以获取偏振鲁棒性判别参数；S4、根据所述振鲁棒性判别参数判断偏振噪声的状态，在所述偏振噪声小于预设偏振噪声阈值时，取所述归一化合成光强、所述线偏振度拉伸数据的最大值，以映射到所述明度V；在所述偏振噪声大于或等于所述预设偏振噪声阈值时，将所述归一化合成光强I映射到所述明度V，据以获取伪色彩HSV图像；S5、将伪色彩HSV颜色表示转换为RGB颜色表示图像供显示，以在计算机上显示伪彩色图像。2.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用偏振相机采集目标场景的所述出射光强I(θ)，处理得到所述斯托克斯参数图像数据，利用偏振相机采集目标场景三个方向的出射光强I(θ1)、I(θ2)、I(θ3)，代入公式：以求得合成光强I、线偏振参量Q、U。3.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用下述逻辑，解析得到所述线偏振度P以及所述偏振角A：于，所述步骤S1中，利用下述逻辑，解析得到所述线偏振度P以及所述偏振角A：4.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用下述逻辑归一化处理所述出射光强，以将所述出射光强的值域变换至适用光强区间，据以获取所述归一化合成光强至适用光强区间，据以获取所述归一化合成光强5.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述步骤S2，利用下述逻辑对所述线偏振度P做拉伸处理，以将所述线偏振度P拉伸至线偏振度适用值域范围，以得到所述线偏振度拉伸数据
6.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用下述逻辑处理所述偏振角A，以得到所述偏振角预处理数据：7.根据权利要求1所述的基于偏振角特性的暗背景下图像伪彩色融合方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴令夏，薛模根，吴云智，韩裕生，王勇，黄勤超，祖鸿宇，王硕，黄启恒，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，
类型：发明
国别省市：