基于散射退偏效应的水下清晰化成像方法

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水下偏振成像技术以其简单的系统结构、低廉的实现成本在水下清晰化成像领域中显示出巨大的潜力。但现有水下偏振成像技术在场景清晰化成像过程中通常仅关注场景中的线偏振成分,忽略了圆偏振成分对图像清晰化过程的影响。当浑浊水体中目标偏振度与后向散射光偏振度数值相近时,现有的水下偏振成像方法对目标偏振度估计不准确,导致重建图像中低退偏目标存在的区域恢复不出信息。为解决上述问题,本文提出一种基于散射退偏效应的水下穆勒矩阵清晰化成像方法。该方法利用穆勒矩阵探测场景中的光强和偏振信息,基于浑浊水体中退偏系数的变化特性,对浑浊水下场景的光强传输透射率图进行最优估计,最后根据水下穆勒矩阵清晰成像模型重建出浑浊水下清晰化成像结果。本文中创新性的研究工作包括:1.探究了浑浊水下场景中由散射退偏效应导致的退偏系数的变化特性,验证了利用退偏系数进行浑浊水下清晰化成像的可行性。探究发现,在散射微粒直径与波长相近且分布均匀的米氏散射条件下,浑浊水体中后向散射的退偏系数与测量距离之间存在负指数关系,且浑浊水下场景中目标与目标间、目标与背景间的退偏系数存在差异;2.探究了浑浊水体后向散射光强度与退偏系数之间的关系,发现浑浊水体后向散射光强度值与退偏系数值之间近似满足线性关系。这是利用退偏系数图估计水下光强传输透射率图的现实依据;3.把穆勒矩阵与基于Jaffe-Mc Glamery图像分析的传统水下偏振成像模型相结合,构建了水下穆勒矩阵清晰成像模型,并提出了相应的成像算法和处理流程。实验结果显示了所提方法在浑浊水体中对复杂偏振特性表面目标进行清晰成像的有效性。基于散射退偏效应的水下穆勒矩阵清晰成像方法,成功地把穆勒矩阵引入到水下清晰化成像领域中,解决了浑浊水下复杂偏振特性表面目标的清晰成像问题,进一步扩展了水下成像技术的研究思路和实现途径,为新型水下成像设备的开发奠定了相关研究基础。
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