图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，尤其涉及图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法及装置，其中方法包括：获取云雾遮蔽目标的反射三维光场；构建图像增强滤波函数，并将所述反射三维光场与所述图像增强滤波函数进行卷积运算，得到增强滤波后的光场；基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波；基于频域滤波后的光场，通过自由空间反演法，反演目标光场成像。本发明专利技术可以提升云雾遮蔽目标反演成像的信噪比和对比度，能够满足对云雾遮蔽目标高分辨成像需求。成像需求。成像需求。

【技术实现步骤摘要】
图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法及装置


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法、装置、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]云雾对光的散射效应严重制约了光学探测和测距系统透过云雾成像的能力。通过将光场在空间中的传输分为不同的部分，精确模拟每一部分光传输过程，最终反演目标图像的方法，逐渐成为透过云雾成像方法的主流。
[0003]目前，对云雾遮蔽目标进行反演成像时，由于云雾散射及噪声影响，常出现反演目标图像与背景对比度低，整体图像清晰度差的问题。

技术实现思路

[0004]基于现有技术对云雾遮蔽目标进行反演成像常具有目标图像与背景对比度低，整体图像清晰度差的问题，本专利技术实施例提供了图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法、装置、电子设备及存储介质。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法，包括：
[0006]获取云雾遮蔽目标的反射三维光场；所述反射三维光场包括二维空间对应的时域区间光信号，所述反射三维光场的时域区间包括脉冲光经目标反射后，穿透云雾被采集到的时间范围；
[0007]构建图像增强滤波函数，并将所述反射三维光场与所述图像增强滤波函数进行卷积运算，得到增强滤波后的光场；所述图像增强滤波函数的表达式为：
[0008][0009]其中，ω为正弦函数的频率，a为矩形窗函数的宽度，t0为矩形窗的中心位置，t为时间；
[0010]基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波；
[0011]基于频域滤波后的光场，通过自由空间反演法，反演目标光场成像。
[0012]可选地，所述获取云雾遮蔽目标的反射三维光场，包括：
[0013]以单色脉冲激光照射云雾遮蔽的目标；
[0014]在发射侧，利用一个单光子探测器，通过扫描的方式获取每个二维空间点的时域光信号波形，所述时域光信号波形包括由目标反射引起的波峰，但不包括由云雾反射引起的波峰；
[0015]依据二维空间扫描点的空间位置关系，对各扫描点对应的所述时域光信号波形进行组合，得到反射三维光场。
[0016]可选地，所述云雾传输函数的表达式为：
[0017][0018][0019]其中，t表示光信号的传输时间，r＝(r
x
,r
y
,r
z
)表示光信号出射云雾点，r
x
、r
y
和r
z
分别表示出射云雾点在x、y和z轴的坐标，z为光在云雾中的扩散方向，r0＝(0,0,0)表示光信号入射云雾点，c表示云雾中的光速，μ'
s
表示云雾的约化散射系数，μ
a
表示云雾的吸收系数，D为扩散系数，z
+n
表示虚拟正点源位置，z
‑
n
表示虚拟负点源位置，n表示正负点源对数；
[0020]z
+n
＝(1
‑
2n)r
z
‑
4nz
e
‑
z0[0021]z
‑
n
＝(1
‑
2n)r
z
‑
(4n
‑
2)z
e
+z0[0022]n＝0,
±
1,
±
2,...
[0023]z
e
表示外推边界距离，z0表示平均散射光程。
[0024]可选地，所述构建图像增强滤波函数包括：
[0025]根据二维空间点的空间间隔Δr，确定正弦函数的频率ω，c表示云雾中的光速；
[0026]根据二维空间点的空间间隔Δr，确定矩形窗函数的宽度a，a为10～15倍Δr；
[0027]根据图像增强滤波函数的离散采样点数，确定矩形窗的中心位置t0；
[0028]得到图像增强滤波函数。
[0029]可选地，所述基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波，包括：
[0030]基于所述云雾传输函数，通过盲去卷积滤波、最小均方差滤波、几何均值滤波或最小二乘方滤波，对增强滤波后的光场进行频域滤波。
[0031]可选地，所述自由空间光场反演法包括：
[0032]频率波束迁移法、光锥变换法、后向投射法或虚拟波相量场法。
[0033]第二方面，本专利技术提供了一种图像增强的云雾遮蔽目标反演成像装置，包括：
[0034]获取模块，用于获取云雾遮蔽目标的反射三维光场；所述反射三维光场包括二维空间对应的时域区间光信号，所述反射三维光场的时域区间包括脉冲光经目标反射后，穿透云雾被采集到的时间范围；
[0035]增强模块，用于构建图像增强滤波函数，并将所述反射三维光场与所述图像增强滤波函数进行卷积运算，得到增强滤波后的光场；所述图像增强滤波函数的表达式为：
[0036][0037]其中，ω为正弦函数的频率，a为矩形窗函数的宽度，t0为矩形窗的中心位置，t为时间；
[0038]滤波模块，用于基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波；
[0039]反演模块，用于基于频域滤波后的光场，通过自由空间反演法，反演目标光场成
像。
[0040]第三方面，本专利技术还提供了一种图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法，包括：
[0041]获取云雾遮蔽目标的反射三维光场；所述反射三维光场包括二维空间对应的时域区间光信号，所述反射三维光场的时域区间包括脉冲光经目标反射后，穿透云雾被采集到的时间范围；
[0042]构建图像增强滤波函数，并将所述反射三维光场与所述图像增强滤波函数进行卷积运算，得到增强滤波后的光场；所述图像增强滤波函数的表达式为：
[0043][0044]其中，ω为正弦函数的频率，a为矩形窗函数的宽度，t0为矩形窗的中心位置，t为时间；
[0045]确定云雾的特征，并得到无边界云雾传输函数；云雾的特征包括云雾的约化散射系数、云雾中的光速以及云雾的最大厚度；所述无边界云雾传输函数φ
inf
(t,r)的表达式为：
[0046][0047][0048]其中，t表示光信号的传输时间，r＝(r
x
,r
y
,r
z
)表示光信号出射云雾点，r
x
、r
y
和r
z
分别表示出射云雾点在x、y和z轴的坐标，z为光在云雾中的扩散方向，r0＝(0,0,0)表示光信号入射云雾点，c表示云雾中的光速，μ
s
'表示云雾的约化散射系数，z
effect
表示等效传播距离，光在无限大尺寸的云雾中传播z
effect
的扩散行为与光在有限尺寸的云雾中传播r
z
的扩散行为等效，z
effect
不超过云雾的最大厚度d；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像增强的云雾遮蔽目标反演成像方法，其特征在于，所述方法包括：获取云雾遮蔽目标的反射三维光场；所述反射三维光场包括二维空间对应的时域区间光信号，所述反射三维光场的时域区间包括脉冲光经目标反射后，穿透云雾被采集到的时间范围；构建图像增强滤波函数，并将所述反射三维光场与所述图像增强滤波函数进行卷积运算，得到增强滤波后的光场；所述图像增强滤波函数的表达式为：其中，ω为正弦函数的频率，a为矩形窗函数的宽度，t0为矩形窗的中心位置，t为时间；基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波；基于频域滤波后的光场，通过自由空间反演法，反演目标光场成像。2.根据权利要求1所述的云雾遮蔽目标反演成像方法，其特征在于，所述获取云雾遮蔽目标的反射三维光场，包括：以单色脉冲激光照射云雾遮蔽的目标；在发射侧，利用一个单光子探测器，通过扫描的方式获取每个二维空间点的时域光信号波形，所述时域光信号波形包括由目标反射引起的波峰，但不包括由云雾反射引起的波峰；依据二维空间扫描点的空间位置关系，对各扫描点对应的所述时域光信号波形进行组合，得到反射三维光场。3.根据权利要求1所述的云雾遮蔽目标反演成像方法，其特征在于，所述云雾传输函数的表达式为：的表达式为：其中，t表示光信号的传输时间，r＝(r
x
,r
y
,r
z
)表示光信号出射云雾点，r
x
、r
y
和r
z
分别表示出射云雾点在x、y和z轴的坐标，z为光在云雾中的扩散方向，r0＝(0,0,0)表示光信号入射云雾点，c表示云雾中的光速，μ
s
'表示云雾的约化散射系数，μ
a
表示云雾的吸收系数，D为扩散系数，z
+n
表示虚拟正点源位置，z
‑
n
表示虚拟负点源位置，n表示正负点源对数；z
+n
＝(1
‑
2n)r
z
‑
4nz
e
‑
z0z
‑
n
＝(1
‑
2n)r
z
‑
(4n
‑
2)z
e
+z0n＝0,
±
1,
±
2,...z
e
表示外推边界距离，z0表示平均散射光程。4.根据权利要求2所述的云雾遮蔽目标反演成像方法，其特征在于，所述构建图像增强滤波函数包括：
根据二维空间点的空间间隔Δr，确定正弦函数的频率ω，c表示云雾中的光速；根据二维空间点的空间间隔Δr，确定矩形窗函数的宽度a，a为10～15倍Δr；根据图像增强滤波函数的离散采样点数，确定矩形窗的中心位置t0；得到图像增强滤波函数。5.根据权利要求1所述的云雾遮蔽目标反演成像方法，其特征在于，所述基于云雾传输函数，对增强滤波后的光场进行频域滤波，包括：基于所述云雾传输函数，通过盲去卷积滤波、最小均方差滤波、几何均值滤波或最小二乘方滤波，对增强滤波后的光场进行频域滤波。6.根据权利要求1所述的云雾遮蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇，余泉春，李粮生，高洁，殷红成，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：