【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，具体是指仿蜓类复眼视觉形态，通过仿生模拟蜓类复眼形态的光谱-偏振光信号敏感，到光信号-视觉神经信号转化，到视觉神经信号加工的仿生视觉检测过程，属于流速测量。
技术介绍
1、我国水系复杂。水资源管理、水文预报、水工程建设与运行关系到民生和国家水安全。河流流况及流速流量是水利、港口航运、水生态等领域的基本监测要素，也是水资源高效利用、科学决策防洪抢险、水工程失事风险防控、水环境保护等不可或缺的基础数据资料。常规使用的转子流速仪法、声学法、雷达法等仪器设备，仅能测量点流速、线流速或局部水面流速，且施测的时效性和对高洪期、浅水域及高含沙水流等适宜性严重受限。大尺度粒子成像测速(lspiv)是一种基于机器视觉的水流示踪物目标运动检测方法，能够应用于在线实时测量河流水面全场流速。lspiv技术存在流场有效数据采集率低和对野外复杂变化施测环境适应能力差等技术问题，导致观测成果的准确性差(尤其是应用于大范围的流场观测)，无法满足工程业务化监测应用需求，是一个公认的国际性难题。
2、流场示踪粒子检测是lspiv技术的关键技术之一。由于水面光学环境的复杂性，流场示踪粒子常表现出隐弱性，示踪粒子检测率过低的问题长期困扰着流场测量的技术研发和实际应用。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了突破现有lspiv技术流场示踪粒子检测过程中信息获取和处理关键瓶颈问题，提出仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，能够在不依赖数据驱动和模型学习
2、技术方案：一种面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，解析蜓类复眼从视网膜层到髓质、小叶层，到蘑菇体，到中央复合体的神经活动过程，仿生模拟蜓类复眼形态的光谱-偏振光信号敏感，到光信号-视觉神经信号转化，到视觉神经信号加工的仿生视觉检测过程，建立完备的蜓类复眼目标检测仿生模型；在光谱-偏振成像的基础上采集光谱强度图像和四角度正交偏振图像，仿生提取空间位置特征和表观偏振特征，通过特征融合、特征决策和决策增强得到仿复眼形态信号处理结果，完成水流示踪粒子光学成像、水流示踪粒子特征提取、水流示踪粒子识别检测的全过程。
3、包括如下步骤：
4、s1：设计、构建仿蜓类复眼形态的光谱-偏振成像传感器及适应性成像技术，形成光谱-偏振成像系统，光谱-偏振成像系统组合镀膜分光器和偏振分光棱镜形成四通路偏振相机，前置lctf电可调滤波片及光度计。
5、场景(流场)光学信息首先通过lctf电可调滤光片进行光谱滤波，lctf电可调滤光片与光度计连接，当光度计检测光照强度>500lx时，lctf电可调滤光片波段选择为360nm～520nm，当光度计检测光照强度≤500lx时，lctf电可调滤光片波段选择为760nm～1050nm；通过光谱滤波后的光信息，通过镀膜分光器分成两路光学信息：第一路光学信息通过偏振分光棱镜分成0°偏振信息和45°偏振信息，分别在成像传感器上成0°偏振图像和45°偏振图像；第二路光学信息通过偏振分光棱镜分成90°偏振信息和135°偏振信息，分别在成像传感器上成90°偏振图像和135°偏振图像。
6、仿生模拟蜓类视觉视网膜层的适应性，采用适应性成像技术，其中lctf电可调滤波片受控于光度计，在此控制过程中模拟蜓类复眼的光谱敏感性，成像的光谱敏感波段适应性选择为[360nm～520nm]和[760nm～1050nm]，由此成像光谱为：
7、
8、其中，l为光度计检测结果，floor()为整数运算符。
9、s2：视觉神经信号加工的仿生视觉检测过程为仿复眼形态信号处理的流场示踪粒子检测方法，包括如下内容：
10、a1解析并仿生建模蜓类复眼髓质、小叶层中的神经活动过程
11、首先，计算连续时刻光谱强度图像的变化
12、pt＝|fth-ft| (1)
13、
14、其中，fth为t-1时刻光谱强度图像经过sift配准的结果，ft为t时刻光谱强度图像，ft-1为t-1时刻光谱强度图像，h为sift变换矩阵，为卷积；
15、随后，模拟髓质中横向抑制机制获取空间对比度信息，横向抑制强度建模为相邻神经抑制信号的加权和：
16、
17、其中，ht(x,y)为t时刻(x,y)位置处神经元的抑制信号，pt-1为t-1时刻光谱图像的强度变化，q、s约束邻域空间大小，i、j为邻域神经元的位置偏移量，ω(i+q,j+s)为横向抑制权重；通过调节横向抑制权重，实现二维空间中四个方向的侧抑制响应：
18、
19、
20、
21、
22、其中，和分别为左、右、上、下四个方向上的抑制信号，如，设置公式(3)中ω矩阵的右半元素为0可计算得到[]*为半波整流计算。
23、模拟小叶层神经活动过程，累积t时刻四个方向的侧抑制响应：
24、
25、根据神经响应的时延机制，累积t-1和t时刻的侧抑制响应结果，获取空间位置特征：
26、ct(x,y)＝mt-1(x,y)·mt(x,y) (6)
27、模拟髓质、小叶层中对立-抑制感知机制对四角度正交偏振图像进行对立计算：
28、
29、
30、其中，为0°和90°正交偏振图像的对立信息，为45°和135°正交偏振图像的对立信息，i1为0°偏振图像，i3为90°偏振图像，i2为45°偏振图像，i4为135°偏振图像，k1、k2、k3和k4分别为0°、45°、90°和135°偏振角响应的权重，其值大小与相应偏振图像的信息熵成正比。
31、根据on-off通道机制，首先计算连续时刻偏振对立信息变化：
32、
33、
34、两组偏振对立信息on视觉通路的强度增量计算为：
35、ont′＝(ηt′+|ηt′|)/2 (11)
36、ont″＝(ηt″+|ηt″|)/2 (12)
37、两组偏振对立信息off视觉通路的强度减量计算为：
38、offt″＝|(ηtt″-|ηt″|)|/2 (13)
39、offt′＝|(ηt′-|ηt′|)|/2 (14)
40、on视觉通路的每个中间神经元中的抑制强度建模为相邻神经抑制信号的加权和：
41、
42、
43、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析蜓类复眼从视网膜层到髓质、小叶层，到蘑菇体，到中央复合体的神经活动过程，仿生模拟蜓类复眼形态的光谱-偏振光信号敏感和光信号-视觉神经信号转化，进行视觉神经信号加工的仿生视觉检测过程，建立完备的蜓类复眼目标检测仿生模型；利用光谱-偏振成像系统采集光谱强度图像和四角度正交偏振图像，仿生提取空间位置特征和表观偏振特征，通过特征融合、特征决策和决策增强得到仿复眼形态信号处理结果，完成水流示踪粒子光学成像、水流示踪粒子特征提取、水流示踪粒子识别检测的全过程。
2.根据权利要求1所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，建立完备的蜻类蜓类复眼目标检测仿生模型，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼髓质、小叶层中的神经活动过程，包括：
4.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼蘑菇体中的神经活动过程，建模计算为：>
5.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼中央复合体中的神经活动过程，建模计算为：
6.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，仿生模拟蜓类视觉视网膜层的适应性，采用适应性成像技术，其中LCTF电可调滤波片受控于光度计，在此控制过程中模拟蜓类复眼的光谱敏感性，成像的光谱敏感波段适应性选择为[360nm～520nm]和[760nm～1050nm]，由此成像光谱为：
7.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，光谱-偏振成像系统包括镀膜分光器和偏振分光棱镜形成四通路偏振相机，前置LCTF电可调滤波片及光度计；LCTF电可调滤波片受控于光度计；
8.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，A1解析并仿生建模蜓类复眼髓质、小叶层中的神经活动过程
9.一种计算机设备，其特征在于：该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行上述计算机程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：该计算机可读存储介质存储有执行如权利要求1-8中任一项所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法的计算机程序。
...【技术特征摘要】
1.一种面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析蜓类复眼从视网膜层到髓质、小叶层，到蘑菇体，到中央复合体的神经活动过程，仿生模拟蜓类复眼形态的光谱-偏振光信号敏感和光信号-视觉神经信号转化，进行视觉神经信号加工的仿生视觉检测过程，建立完备的蜓类复眼目标检测仿生模型；利用光谱-偏振成像系统采集光谱强度图像和四角度正交偏振图像，仿生提取空间位置特征和表观偏振特征，通过特征融合、特征决策和决策增强得到仿复眼形态信号处理结果，完成水流示踪粒子光学成像、水流示踪粒子特征提取、水流示踪粒子识别检测的全过程。
2.根据权利要求1所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，建立完备的蜻类蜓类复眼目标检测仿生模型，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼髓质、小叶层中的神经活动过程，包括：
4.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼蘑菇体中的神经活动过程，建模计算为：
5.根据权利要求2所述的面向流场测量仿复眼形态的光谱-偏振信号处理方法，其特征在于，解析并仿生建模蜓类复眼中央复合体中的神经活动过程，建...
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