一种散射介质中目标运动估计方法技术

本发明专利技术公开了一种散射介质中目标运动估计方法，包括：获取目标物体在散射介质中的偏振图像；对偏振图像进行中值滤波和高斯滤波，得到偏振滤波图像；基于相邻帧偏振滤波图像计算目标物体的光流场；基于偏振光流场计算目标的估计位移

【技术实现步骤摘要】
一种散射介质中目标运动估计方法


[0001]本专利技术涉及水下探测
，具体涉及一种散射介质中目标运动估计方法
、
计算设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]为了实现水下运动目标检测，通常采用光流估计方法
。
其中，空间中立体目标的运动变化映射于投影平面的像素速度变化称为光流，通过分析相邻帧像素的光强时域变化可求得像素点位移
。
[0003]传统光流法是基于光强图像进行处理的，但在散射介质中，由于水下粒子的强烈散射和吸收作用，形成目标光线的衰减和杂散光的干扰，导致水下图像噪点多
、
对比度低
、
细节模糊等质量问题，使得传统光流的光强基本约束不严格成立，制约了水下光流估计的准确性
。

技术实现思路

[0004]为了减小水下散射对光流估计的影响，提高水下目标检测的准确性，本方案提出了一种散射介质中目标运动估计方法，将偏振图像和光流估计相结合，能够减小散射对图像质量的影响，去除水下散射对光流估计的影响，提高水下运动目标检测的精度
。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种散射介质中目标运动估计方法，包括：获取目标物体在散射介质中的偏振图像；对所述偏振图像进行中值滤波和高斯滤波，得到偏振滤波图像；基于相邻帧偏振滤波图像计算目标的偏振光流场；基于所述偏振光流场计算目标的估计位移
。
[0006]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，为了模拟浑浊水下的偏振成像，可以搭建包括偏振光源
、
偏振相机
、
玻璃水箱
、
模拟散射介质
、
位移装置和位移标定装置的主动偏振成像装置；将所述目标物体固定在所述玻璃水箱的后侧，所述玻璃水箱除前侧之外的内壁覆盖黑色覆盖物；在所述玻璃水箱中加入不同浓度的模拟散射介质；使所述偏振光源
、
偏振相机在所述位移装置上移动拍摄所述目标物体的偏振图像，并利用位移标定装置测量所述偏振相机的移动距离
。
[0007]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，偏振相机采用焦平面偏光成像，一次拍摄四张偏振角分别为0°
、45
°
、90
°
和
135
°
的偏振图像，偏振相机在移动过程中获取连续帧的偏振图像
。
[0008]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，对所述偏振相机获取的四个不同偏振角的偏振图像进行窗口为5×5像素的中值滤波，得到初始偏振滤波图像；使用窗口为3×3像素
、
标准差为
0.8
的高斯滤波平滑所述初始偏振滤波图像的梯度，得到偏振滤波图像
。
[0009]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，将所述偏振滤波图像划分为多个邻域，每个邻域的像素尺寸为
15
×
15
，邻域内每个像素的光强随时间的变化方
程为：
I
x
u0+I
y
v0+I
t
＝0其中，
I
为
t
时刻成像平面
(x,y)
的光强，
I
x
为像素在
x
方向的灰度偏导数，
I
y
为像素在
y
方向的灰度偏导数，
I
t
为像素关于时间
t
的灰度偏导数，
u0、v0分别为光流在水平和竖直方向的速度；根据偏振成像原理将光强随时间的变化方程转化为基于偏振度的光流方程：
P
x
u0+P
y
v0+P
t
＝0其中，
P
为
t
时刻成像平面
(x,y)
的偏振度，
P
x
为像素在
x
方向的偏振度偏导数，
P
y
为像素在
y
方向的偏振度偏导数，
P
t
为像素关于时间
t
的偏振度偏导数
。
[0010]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，通过最小二乘法求解所述基于偏振度的光流方程：计算得到偏振光流场：其中，
P
为
t
时刻成像平面
(x,y)
的偏振度，
P
x
为像素在
x
方向的偏振度偏导数，
P
y
为像素在
y
方向的偏振度偏导数，
P
t
为像素关于时间
t
的偏振度偏导数，
u0、v0分别为偏振光流在水平和竖直方向的速度，
n
为偏振图像中邻域像素点的数量
。
[0011]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，对所述偏振光流在水平方向和垂直方向的速度进行积分，得到目标在水平方向和垂直方向的位移
。
[0012]可选地，在本方案提供的散射介质中目标运动估计方法中，计算不同散射系数的散射介质中目标的累计位移；基于特征点检测算法对所述偏振滤波图像进行特征点检测，为了评价偏振度光流的精度，还可以计算特征点对应光流值的平均值，将所述平均值转化为位移值，得到真实位移；将所述累计位移和真实位移对比，得到平均位移误差
。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供一种计算设备，包括：至少一个处理器；和存储有程序指令的存储器，其中，程序指令被配置为适于由至少一个处理器执行，程序指令包括用于执行上述散射介质中目标运动估计方法的指令
。
[0014]根据本专利技术的第三方面，提供一种存储有程序指令的可读存储介质，当程序指令被计算设备读取并执行时，使得计算设备执行上述的散射介质中目标运动估计方法
。
[0015]根据本专利技术的方案，通过采用焦平面偏光成像一次拍摄多张不同偏振角度的偏振图像，并基于相邻帧的偏振图像计算偏振光流估计，能够获得更好的运动识别效果和更精确的位移信息，提高水下浑浊散射介质中目标运动检测的准确性
。
[0016]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的
、
特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式
。
附图说明
[0017]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了
。
附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制
。
而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种散射介质中目标运动估计方法，其特征在于，包括：获取目标物体在散射介质中的偏振图像；对所述偏振图像进行中值滤波和高斯滤波，得到偏振滤波图像；基于相邻帧偏振滤波图像计算目标物体的光流场；基于所述偏振光流场计算目标的估计位移
。2.
根据权利要求1所述的散射介质中目标运动估计方法，其特征在于，所述获取目标物体在散射介质中的偏振图像的步骤包括：搭建包括偏振光源
、
偏振相机
、
玻璃水箱
、
模拟散射介质
、
位移装置和位移标定装置的主动偏振成像装置；将所述目标物体固定在所述玻璃水箱的后侧，所述玻璃水箱除前侧之外的内壁覆盖黑色覆盖物；在所述玻璃水箱中加入不同浓度的模拟散射介质；使所述偏振光源
、
偏振相机在所述位移装置上移动拍摄所述目标物体的偏振图像，并利用位移标定装置测量所述偏振相机的移动距离
。3.
根据权利要求2所述的散射介质中目标运动估计方法，其特征在于，所述偏振相机采用焦平面偏光成像，一次拍摄四张偏振角分别为0°
、45
°
、90
°
和
135
°
的偏振图像，并在移动过程中获取连续帧的偏振图像
。4.
根据权利要求3所述的散射介质中目标运动估计方法，其特征在于，所述对所述偏振图像进行中值滤波和高斯滤波，得到偏振滤波图像的步骤包括：对所述偏振相机获取的四个不同偏振角的偏振图像进行窗口为5×5像素的中值滤波，得到初始偏振滤波图像；使用窗口为3×3像素
、
标准差为
0.8
的高斯滤波平滑所述初始偏振滤波图像的梯度，得到偏振滤波图像
。5.
根据权利要求1所述的散射介质中目标运动估计方法，其特征在于，所述基于相邻帧偏振滤波图像计算目标物体的光流场的步骤包括：将所述偏振滤波图像划分为多个邻域，每个邻域的像素尺寸为
15
×
15
，邻域内每个像素的光强随时间的变化方程为：
I
x
u0+I
y
v0+I
t
＝0其中，
I
为
t
时刻成像平面
(x,y)
的光强，
I
x
为像素在
x
方向的灰度偏导数，
I
y
为像素在
y
方向的灰度偏导数，
I
t
为像素关于时间
t
的灰度偏导数，

【专利技术属性】
技术研发人员：成昊远，朱近赤，闫志超，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：