【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下偏振成像，具体为一种基于同态滤波的水下偏振成像方法。
技术介绍
1、水体吸收和水中浑浊介质的散射效应对水下视觉任务产生了不利影响，导致图像中的细节信息淹没在背景散射光中，图像的对比度大幅下降。水下图像质量下降的主要原因是后向散射光的干扰。水下偏振成像技术充分利用了后向散射光部分偏振的特性，可以复原受水下退化影响的图像。通过水下偏振成像技术，能够减轻水下成像中的散射干扰，从而改善图像的质量，提高对水下环境的观察和理解能力。最新的，人们利用目标反射光和后向散射在频域上的差异对后向散射光进行抑制，但目前基于频域的水下偏振成像方法只能适用于单一偏振特性目标的水下图像复原，而无法实现复杂偏振特性目标的有效复原。与此同时，传统的水下偏振成像中对先验知识和人机交互的需求，极大限制了水下成像技术的应用范围，且无法实现水下偏振图像的自动复原。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决基于频域的水下偏振成像方法只能适用于单一偏振特性目标的水下图像复原，而无法实现复杂偏振特性目标的有效复原的问题，以及为了解决传统水下偏振成像方法无法实现水下偏振图像的自动复原的问题，本专利技术提出了一种基于同态滤波的水下偏振成像方法及系统，能够实现复杂偏振特性目标的水下图像自动复原，且适用于不同浑浊度水下环境。
2、技术方案：一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，包括以下步骤：
3、步骤1：获取目标物的共线偏振图像和交叉偏振图像；所述目标物为具有非均匀偏振特性的目标；
4
5、步骤3：利用输出前后线偏振度不变模型，对交叉偏振图像进行预处理，得到最优交叉偏振输入图像；
6、步骤4：将最优共线偏振图像和最优交叉偏振图像输入至水下物理成像模型中，得到目标物的水下复原图像。
7、进一步的，步骤2具体操作包括：
8、基于同态滤波器，得到滤波后的共线偏振图像；
9、以滤波后的共线偏振图像的信息熵为目标函数，采用粒子群优化算法，反演得到同态滤波器的参数，得到最优共线偏振输入图像。
10、进一步的，所述的基于同态滤波器，得到滤波后的共线偏振图像，包括以下步骤：
11、对共线偏振图像进行对数变换并做傅里叶变换，得到共线偏振图像的频谱图，表示为：
12、dft[lni∥(x,y)]＝dft[lni∥i(x,y)]+dft[lni∥r(x,y)] (3)
13、其中，i∥为共线偏振图像，i∥i(x,y)为共线偏振图像i∥中的低频分量，i∥r(x,y)为共线偏振图像i∥中的高频分量，dft为傅里叶变换；
14、采用高通滤波器hmo(u,v)，对共线偏振图像的频谱图进行频域滤波：
15、
16、其中，hhp(u,v)为高斯高通滤波器，c为高斯函数的陡峭程度，d0为低频和高频的比例，γh为高频权重，γl为低频权重；
17、对频域滤波后的共线偏振图像做傅里叶逆变换返回空域，并进行exp变换得到滤波后的共线偏振图像。
18、进一步的，所述的以滤波后的共线偏振图像的信息熵为目标函数，采用粒子群优化算法，反演得到同态滤波器的参数，得到最优共线偏振输入图像，表示为：
19、i∥pro＝homofilter(i∥) (5)
20、(γh,γl,c,d0)optimal＝argmax{entorpy(i∥pro)} (6)
21、
22、其中，homofilter()为同态滤波器，entorpy()为信息熵，(γh、γl、c、d0)为同态滤波器的参数，pi为大小为i的灰度级出现的概率，i∥pro为最优共线偏振输入图像，i∥为共线偏振图像。
23、进一步的，所述输出前后线偏振度不变模型表示为：
24、
25、其中，i∥pro、i⊥pro为最优共线偏振图像和最优交叉偏振图像，p为共线偏振图像和交叉偏振图像之间存在的固有线偏振度关系，表示为：
26、
27、其中，i∥为共线偏振图像，i⊥为交叉偏振图像。
28、进一步的，所述水下物理成像模型表示为：
29、
30、t(x,y)＝1-a/a∞(11)
31、
32、其中，δipro(x,y)为最优共线偏振图像和最优交叉偏振图像之间的差值，t(x,y)为介质透射率，a为后向散射光强度，a∞为无穷远处后向散射光强，即总光强图像中灰度值最大的前0.1％像素的平均值，pscat为后向散射光偏振度，其计算如下：
33、
34、其中，max(i∥pro)、min(i⊥pro)分别表示为i∥pro中灰度最大值和i⊥pro中灰度最小值；
35、步骤4具体包括：将后向散射光偏振度pscat、无穷远处后向散射光强a∞、最优共线偏振图像和最优交叉偏振图像代入公式(12)，得到目标物的水下复原图像l(x,y)。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
36、本专利技术能够实现针对复杂偏振特性目标的水下图像自动复原，有效解决了传统水下偏振成像方法中人机交互和图像背景区域限制问题，且适用于不同浑浊度水下环境，扩大了水下偏振成像技术的应用领域。
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1.一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：步骤2具体操作包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的基于同态滤波器HomoFliter()，得到滤波后的共线偏振图像，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的以滤波后的共线偏振图像的信息熵为目标函数，采用粒子群优化算法，反演得到同态滤波器的参数，得到最优共线偏振输入图像，表示为：
5.根据权利要求1所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：所述输出前后线偏振度不变模型表示为：
6.根据权利要求1所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：所述水下物理成像模型表示为：
【技术特征摘要】
1.一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：步骤2具体操作包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于同态滤波的水下偏振成像方法，其特征在于：所述的基于同态滤波器homofliter()，得到滤波后的共线偏振图像，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种基于同态滤波...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵明琳，卢德贺，朱成冰，葛爱玲，刘洋帆，李振邦，王朝阳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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