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多譜段偏振成像探測技術(shù)研究 版權(quán)信息
- ISBN：9787030739377
- 條形碼：9787030739377 ; 978-7-03-073937-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
多譜段偏振成像探測技術(shù)研究 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)介紹多譜段偏振成像探測基礎(chǔ)理論、目標(biāo)特性、傳輸特性、圖像處理、典型應(yīng)用等，旨在使讀者深入了解偏振成像探測的相關(guān)內(nèi)容。本書共9章。第1章介紹多譜段偏振成像探測研究的目的意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第2章闡述偏振成像探測基礎(chǔ)理論。第3章闡述目標(biāo)偏振二向反射特性。第4章介紹紅外偏振成像探測基礎(chǔ)理論。第5章闡述偏振傳輸特性。第6章和第7章闡述偏振圖像去霧算法和圖像融合方法。第8章和第9章分別從透霧霾多譜段偏振成像、機(jī)載高分辨多譜段偏振成像兩個方面進(jìn)行論述。
多譜段偏振成像探測技術(shù)研究 目錄
目錄
“偏振成像探測技術(shù)學(xué)術(shù)叢書”序
前言
第1章緒論1
1.1研究目的和意義1
1.2多譜段偏振技術(shù)優(yōu)勢2
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4
1.3.1國外研究現(xiàn)狀4
1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀10
1.3.3研究現(xiàn)狀對比分析15
1.4本書的主要內(nèi)容17
參考文獻(xiàn)19
第2章偏振探測理論基礎(chǔ)22
2.1偏振的基本理論22
2.2偏振的表征方法24
2.2.1瓊斯矢量表示方法24
2.2.2斯托克斯矢量表示方法25
2.2.3龐加萊球表示方法27
2.3偏振的探測方法28
2.3.1非實(shí)時型偏振成像28
2.3.2實(shí)時型偏振成像系統(tǒng)29
2.4分焦平面偏振成像探測原理31
2.4.1分焦平面偏振成像技術(shù)31
2.4.2偏振插值算法35
2.4.3偏振參量解算41
2.4.4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析42
2.5本章小結(jié)45
參考文獻(xiàn)45
第3章目標(biāo)偏振雙向反射特性47
3.1雙向反射特性47
3.1.1雙向反射分布函數(shù)47
3.1.2微面元雙向反射分布函數(shù)模型48
3.1.3遮蔽函數(shù)49
3.2目標(biāo)偏振特性建模51
3.2.1模型比較52
3.2.2模型機(jī)制的比較53
3.2.3模型種類的比較56
3.3目標(biāo)偏振雙向反射特性測試59
3.3.1室內(nèi)測試59
3.3.2外場測試62
3.4本章小結(jié)65
參考文獻(xiàn)65
第4章紅外偏振探測基礎(chǔ)理論67
4.1紅外偏振產(chǎn)生機(jī)理67
4.1.1反射輻射偏振67
4.1.2自發(fā)輻射偏振69
4.2粗糙表面紅外偏振特性建模69
4.3目標(biāo)紅外偏振成像72
4.3.1紅外偏振成像探測機(jī)理72
4.3.2紅外偏振探測實(shí)驗(yàn)裝置74
4.4目標(biāo)紅外偏振特性測試實(shí)驗(yàn)77
4.4.1長波紅外偏振成像實(shí)驗(yàn)77
4.4.2短波紅外偏振成像實(shí)驗(yàn)83
4.5本章小結(jié)86
參考文獻(xiàn)86
第5章復(fù)雜環(huán)境下偏振光傳輸特性88
5.1偏振光傳輸特性基本原理88
5.1.1瑞利散射88
5.1.2米氏散射89
5.1.3多次散射90
5.2海霧環(huán)境下偏振光傳輸特性建模與仿真90
5.2.1基于倍加累加方法的天空偏振建模91
5.2.2大氣-海霧復(fù)雜環(huán)境的多層粒子分布特性92
5.2.3大氣-海霧偏振仿真結(jié)果與分析95
5.3霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試98
5.3.1霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試方法98
5.3.2霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試結(jié)果分析99
5.4油霧環(huán)境下偏振傳輸特性103
5.4.1基于蒙特卡羅的繆勒矩陣建模103
5.4.2油霧偏振特性測試方法與結(jié)果分析106
5.5水霧環(huán)境下偏振傳輸特性111
5.5.1水霧環(huán)境下偏振傳輸仿真方法111
5.5.2水霧偏振傳輸特性仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)分析116
5.6本章小結(jié)121
參考文獻(xiàn)121
第6章偏振圖像的去霧算法123
6.1數(shù)字圖像處理123
6.2圖像復(fù)原的去霧算法124
6.2.1基于暗原色先驗(yàn)原理的圖像去霧算法125
6.2.2基于大氣調(diào)制函數(shù)的去霧算法128
6.3圖像增強(qiáng)的去霧算法129
6.3.1基于Retinex增強(qiáng)的圖像去霧算法130
6.3.2基于同態(tài)濾波的圖像去霧算法132
6.3.3基于直方圖均衡化的圖像去霧算法133
6.4基于大氣散射模型的偏振圖像去霧算法設(shè)計136
6.4.1改進(jìn)霧天圖像退化模型136
6.4.2計算無窮遠(yuǎn)處大氣光值138
6.4.3優(yōu)化霧天圖像透射率138
6.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析142
6.5.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計142
6.5.2復(fù)原圖像的評價標(biāo)準(zhǔn)143
6.5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析144
6.6本章小結(jié)150
參考文獻(xiàn)150
第7章偏振圖像的融合方法152
7.1基于NSCT和SPCNN的偏振圖像融合方法152
7.1.1基于NSCT變換的圖像分解152
7.1.2基于SPCNN的圖像融合規(guī)則155
7.2基于引導(dǎo)濾波的偏振圖像融合方法158
7.2.1基于引導(dǎo)濾波的圖像分解159
7.2.2圖像融合規(guī)則160
7.3基于小波提升的圖像融合方法161
7.3.1紅外圖像配準(zhǔn)方法161
7.3.2基于小波提升的圖像融合規(guī)則163
7.4圖像評價方法170
7.4.1主觀評價方法170
7.4.2客觀評價方法170
7.5實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析174
7.6本章小結(jié)177
參考文獻(xiàn)177
第8章透霧霾多譜段偏振成像探測裝置179
8.1總體架構(gòu)179
8.1.1設(shè)計思路179
8.1.2具體方案179
8.2偏振光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計182
8.2.1可見光偏振成像光學(xué)系統(tǒng)182
8.2.2短波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)189
8.2.3長波紅外偏振成像光學(xué)系統(tǒng)196
8.3偏振光學(xué)系統(tǒng)定標(biāo)202
8.3.1偏振定標(biāo)原理202
8.3.2偏振標(biāo)定方案206
8.4霧霾環(huán)境下多譜段偏振成像探測實(shí)驗(yàn)207
8.4.1實(shí)驗(yàn)方案207
8.4.2測試結(jié)果207
8.4.3結(jié)果分析214
8.5海霧環(huán)境下多譜段偏振成像探測實(shí)驗(yàn)214
8.5.1實(shí)驗(yàn)方案214
8.5.2測試結(jié)果214
8.5.3結(jié)果分析224
8.6本章小結(jié)225
參考文獻(xiàn)225
第9章高分辨多譜段偏振成像探測裝置227
9.1總體方案227
9.1.1組成功能227
9.1.2工作流程228
9.1.3器件選取228
9.1.4指標(biāo)計算231
9.2偏振光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計233
9.3儀器研制與裝調(diào)測試243
9.3.1儀器研制243
9.3.2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)244
9.3.3室外實(shí)驗(yàn)247
9.4外場掛飛與實(shí)驗(yàn)結(jié)果249
9.4.1外場掛飛實(shí)驗(yàn)249
9.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析255
9.5本章小結(jié)258
參考文獻(xiàn)259
“偏振成像探測技術(shù)學(xué)術(shù)叢書”序
前言
第1章緒論1
1.1研究目的和意義1
1.2多譜段偏振技術(shù)優(yōu)勢2
1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4
1.3.1國外研究現(xiàn)狀4
1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀10
1.3.3研究現(xiàn)狀對比分析15
1.4本書的主要內(nèi)容17
參考文獻(xiàn)19
第2章偏振探測理論基礎(chǔ)22
2.1偏振的基本理論22
2.2偏振的表征方法24
2.2.1瓊斯矢量表示方法24
2.2.2斯托克斯矢量表示方法25
2.2.3龐加萊球表示方法27
2.3偏振的探測方法28
2.3.1非實(shí)時型偏振成像28
2.3.2實(shí)時型偏振成像系統(tǒng)29
2.4分焦平面偏振成像探測原理31
2.4.1分焦平面偏振成像技術(shù)31
2.4.2偏振插值算法35
2.4.3偏振參量解算41
2.4.4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析42
2.5本章小結(jié)45
參考文獻(xiàn)45
第3章目標(biāo)偏振雙向反射特性47
3.1雙向反射特性47
3.1.1雙向反射分布函數(shù)47
3.1.2微面元雙向反射分布函數(shù)模型48
3.1.3遮蔽函數(shù)49
3.2目標(biāo)偏振特性建模51
3.2.1模型比較52
3.2.2模型機(jī)制的比較53
3.2.3模型種類的比較56
3.3目標(biāo)偏振雙向反射特性測試59
3.3.1室內(nèi)測試59
3.3.2外場測試62
3.4本章小結(jié)65
參考文獻(xiàn)65
第4章紅外偏振探測基礎(chǔ)理論67
4.1紅外偏振產(chǎn)生機(jī)理67
4.1.1反射輻射偏振67
4.1.2自發(fā)輻射偏振69
4.2粗糙表面紅外偏振特性建模69
4.3目標(biāo)紅外偏振成像72
4.3.1紅外偏振成像探測機(jī)理72
4.3.2紅外偏振探測實(shí)驗(yàn)裝置74
4.4目標(biāo)紅外偏振特性測試實(shí)驗(yàn)77
4.4.1長波紅外偏振成像實(shí)驗(yàn)77
4.4.2短波紅外偏振成像實(shí)驗(yàn)83
4.5本章小結(jié)86
參考文獻(xiàn)86
第5章復(fù)雜環(huán)境下偏振光傳輸特性88
5.1偏振光傳輸特性基本原理88
5.1.1瑞利散射88
5.1.2米氏散射89
5.1.3多次散射90
5.2海霧環(huán)境下偏振光傳輸特性建模與仿真90
5.2.1基于倍加累加方法的天空偏振建模91
5.2.2大氣-海霧復(fù)雜環(huán)境的多層粒子分布特性92
5.2.3大氣-海霧偏振仿真結(jié)果與分析95
5.3霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試98
5.3.1霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試方法98
5.3.2霧霾環(huán)境下偏振傳輸特性測試結(jié)果分析99
5.4油霧環(huán)境下偏振傳輸特性103
5.4.1基于蒙特卡羅的繆勒矩陣建模103
5.4.2油霧偏振特性測試方法與結(jié)果分析106
5.5水霧環(huán)境下偏振傳輸特性111
5.5.1水霧環(huán)境下偏振傳輸仿真方法111
5.5.2水霧偏振傳輸特性仿真結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)分析116
5.6本章小結(jié)121
參考文獻(xiàn)121
第6章偏振圖像的去霧算法123
6.1數(shù)字圖像處理123
6.2圖像復(fù)原的去霧算法124
6.2.1基于暗原色先驗(yàn)原理的圖像去霧算法125
6.2.2基于大氣調(diào)制函數(shù)的去霧算法128
6.3圖像增強(qiáng)的去霧算法129
6.3.1基于Retinex增強(qiáng)的圖像去霧算法130
6.3.2基于同態(tài)濾波的圖像去霧算法132
6.3.3基于直方圖均衡化的圖像去霧算法133
6.4基于大氣散射模型的偏振圖像去霧算法設(shè)計136
6.4.1改進(jìn)霧天圖像退化模型136
6.4.2計算無窮遠(yuǎn)處大氣光值138
6.4.3優(yōu)化霧天圖像透射率138
6.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析142
6.5.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計142
6.5.2復(fù)原圖像的評價標(biāo)準(zhǔn)143
6.5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析144
6.6本章小結(jié)150
參考文獻(xiàn)150
第7章偏振圖像的融合方法152
7.1基于NSCT和SPCNN的偏振圖像融合方法152
7.1.1基于NSCT變換的圖像分解152
7.1.2基于SPCNN的圖像融合規(guī)則155
7.2基于引導(dǎo)濾波的偏振圖像融合方法158
7.2.1基于引導(dǎo)濾波的圖像分解159
7.2.2圖像融合規(guī)則160
7.3基于小波提升的圖像融合方法161
7.3.1紅外圖像配準(zhǔn)方法161
7.3.2基于小波提升的圖像融合規(guī)則163
7.4圖像評價方法170
7.4.1主觀評價方法170
7.4.2客觀評價方法170
7.5實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析174
7.6本章小結(jié)177
參考文獻(xiàn)177
第8章透霧霾多譜段偏振成像探測裝置179
8.1總體架構(gòu)179
8.1.1設(shè)計思路179
8.1.2具體方案179
8.2偏振光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計182
8.2.1可見光偏振成像光學(xué)系統(tǒng)182
8.2.2短波紅外成像光學(xué)系統(tǒng)189
8.2.3長波紅外偏振成像光學(xué)系統(tǒng)196
8.3偏振光學(xué)系統(tǒng)定標(biāo)202
8.3.1偏振定標(biāo)原理202
8.3.2偏振標(biāo)定方案206
8.4霧霾環(huán)境下多譜段偏振成像探測實(shí)驗(yàn)207
8.4.1實(shí)驗(yàn)方案207
8.4.2測試結(jié)果207
8.4.3結(jié)果分析214
8.5海霧環(huán)境下多譜段偏振成像探測實(shí)驗(yàn)214
8.5.1實(shí)驗(yàn)方案214
8.5.2測試結(jié)果214
8.5.3結(jié)果分析224
8.6本章小結(jié)225
參考文獻(xiàn)225
第9章高分辨多譜段偏振成像探測裝置227
9.1總體方案227
9.1.1組成功能227
9.1.2工作流程228
9.1.3器件選取228
9.1.4指標(biāo)計算231
9.2偏振光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計233
9.3儀器研制與裝調(diào)測試243
9.3.1儀器研制243
9.3.2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)244
9.3.3室外實(shí)驗(yàn)247
9.4外場掛飛與實(shí)驗(yàn)結(jié)果249
9.4.1外場掛飛實(shí)驗(yàn)249
9.4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析255
9.5本章小結(jié)258
參考文獻(xiàn)259
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多譜段偏振成像探測技術(shù)研究 節(jié)選
第1章緒論 1.1研究目的和意義 2013年以來，由于汽車尾氣、道路揚(yáng)塵和建筑施工揚(yáng)塵、工廠的二次污染、冬季取暖燃燒煤炭低空排放的污染物等，城市空氣中的液滴和固體小顆粒濃度大幅升高，引起霧霾天氣。近年來多次出現(xiàn)霧霾天氣造成城市里大面積低能見度的情況：全國中東部地區(qū)陷入嚴(yán)重的霧霾和污染中，從東北到西北，從華北到中部，無論是黃淮還是江南地區(qū)，都出現(xiàn)了大范圍的霧霾天氣。霧霾對人們生活產(chǎn)生巨大影響，已成為制約我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要因素之一。嚴(yán)重霧霾天氣會導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，軍事目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)，甚至危害國家安全。 在霧霾天氣條件下，為增加可視距離，及時避免事故的發(fā)生，對穿透霧霾技術(shù)及設(shè)備的需求十分迫切。隨著霧霾的加重，國內(nèi)外都在競相開展相關(guān)透霧霾技術(shù)的研究。目前常見的方法為可見光成像、紅外成像、光譜成像、偏振成像等。本書在分析現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，采用集成紅外透霧成像技術(shù)、可見光成像和近紅外波段成像，重點(diǎn)開展紅外偏振技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)穿透霧霾的目標(biāo)。 PM2.5是霧霾的主要成分，所謂的 PM2.5，即直徑小于等于2.5.m的顆粒物。霧霾是霧和霾的混合物，在早上或夜間相對濕度較大的時候，形成的是霧；在白天氣溫上升、濕度下降的時候，逐漸轉(zhuǎn)化成霾。霧霾天對自然光的遮蔽作用導(dǎo)致場景能見度下降，對公路、鐵路、民航交通、城市監(jiān)控、軍事目標(biāo)觀測預(yù)警等領(lǐng)域造成不利影響。據(jù)統(tǒng)計，由大霧造成的高速公路交通事故占事故總數(shù)的1/4以上，事故率在逐年增加，同時，大霧經(jīng)常造成高速公路封閉，間接損失估算高達(dá)每年每百公里1000萬元以上。因此，對穿透霧霾技術(shù)及設(shè)備的需求十分迫切。系統(tǒng)研制成功后，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，既可應(yīng)用于道路、治安監(jiān)控，又可應(yīng)用于艦船航行、目標(biāo)搜索及預(yù)警、邊防緝私，在當(dāng)前軍用、民用領(lǐng)域都具有十分重要的意義。 1.民用領(lǐng)域 霧霾會導(dǎo)致多種公路、鐵路、航空事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響交通安全、治安監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、森林防火的實(shí)施效果。 目前，城市公路、治安監(jiān)控、交通監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)量防火等視頻系統(tǒng)均采用可見光成像系統(tǒng)，在霧天成像將變得模糊，嚴(yán)重的情況下圖像一片雪白，造成城市安防系統(tǒng)癱瘓。近年來發(fā)展起來的動車、高鐵等現(xiàn)代化高速交通工具，由于速度快、人員多，其行車安全尤為重要，惡劣天氣對其行車安全影響極大。為了能夠在惡劣氣象條件下保證交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，完成監(jiān)督和管理任務(wù)，研制一種具有透霧霾成像功能的光電系統(tǒng)十分必要。 2.軍用領(lǐng)域 我國很多陸上邊境線、海島條件極其惡劣，不適于人員常年駐守，采用視頻監(jiān)視是*好的方法。隨著周邊形勢的變化和反恐、防走私需求的增加，對海上目標(biāo)的監(jiān)控任務(wù)也越來越緊迫。海面天氣通常為輕霧和中霧，能見度較低，一般邊海防視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的可見光成像系統(tǒng)經(jīng)常受到海洋大氣及霧天的影響，無法實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)處目標(biāo)的觀察。軍艦、潛艇的光電觀察系統(tǒng)也絕大部分為可見光或單一紅外系統(tǒng)，受海洋霧氣環(huán)境影響極大。因此，同樣急需能穿透霧霾的裝備。坦克、導(dǎo)彈等特種車輛特殊條件輔助駕駛等裝備同樣需要穿透霧霾設(shè)備。綜上所述，為解決霧霾、海霧等復(fù)雜環(huán)境對光電成像裝備造成的“看不遠(yuǎn)”“認(rèn)不清”“辨不出”難題，本書研究具有穿透霧霾能力的光電成像系統(tǒng)，對民用和軍用的諸多領(lǐng)域都具有十分重要的意義。為了對多維度復(fù)合探測技術(shù)進(jìn)行可靠且深入的研究，促進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展，本書設(shè)計分析了多維度復(fù)合成像探測光學(xué)系統(tǒng)，為深入研究偏振光譜成像技術(shù)提供了平臺基礎(chǔ)。 1.2多譜段偏振技術(shù)優(yōu)勢 多譜段偏振成像技術(shù)將強(qiáng)度成像、光譜成像、紅外輻射、偏振成像結(jié)合在一起，大大提高了光電設(shè)備探測成像性能，具有以下方面優(yōu)勢。 (1)研究提高霧霾環(huán)境下光能透過率，增加探測距離技術(shù)。 基于紅外偏振信息具有在散射介質(zhì)中特性保持能力比強(qiáng)度散射更強(qiáng)的特性，紅外偏振成像具有可增加霧霾、煙塵中的作用距離的優(yōu)勢。圖1.1為在霧霾環(huán)境下進(jìn)行的偏振成像實(shí)驗(yàn)，對比(a)、(b)兩圖可以發(fā)現(xiàn)，偏振成像能夠極大地提高圖像的對比度。 (2)研究增強(qiáng)霧霾環(huán)境下成像的對比度和信噪比，提升凸顯目標(biāo)能力。 基于人造目標(biāo)與自然背景的偏振特性差異明顯的特性，紅外偏振成像在復(fù)雜背景中凸顯人造目標(biāo)方面具有獨(dú)*優(yōu)勢。研究表明，目標(biāo)和背景偏振度差別較大， 圖1.1在霧霾環(huán)境下進(jìn)行的偏振成像實(shí)驗(yàn) 光滑表面偏振度較大，粗糙表面偏振度較小，而人造物體表面比較光滑，自然物體的表面相對粗糙，因此人造物體和自然物體之間的偏振度差別較大。信雜比(signal-to-clutter ratio，SCR)是目標(biāo)成像識別的重要指標(biāo)， SCR >10表明目標(biāo)極易識別，1< SCR <10表明目標(biāo)可以識別， SCR <1表明目標(biāo)極難識別。以色列對復(fù)雜背景中車輛的紅外偏振成像技術(shù)進(jìn)行研究，圖1.2為普通紅外成像與紅外偏振成像效果對比，(a)圖采用紅外成像來提高探測效能；(b)圖采用紅外偏振成像來提高探測效能，(b)圖中 SCR從(a)圖的0.264提高到52.6，成像質(zhì)量大大提高。 圖1.2普通紅外成像與紅外偏振成像效果對比 (3)研究一種實(shí)時透霧算法實(shí)現(xiàn)穿煙透霧 傳統(tǒng)方法的透霧算法大致分為兩類：一類是非模型的圖像增強(qiáng)方法，其通過增強(qiáng)圖像的對比度、滿足主觀視覺的要求來達(dá)到清晰化的目的；另一類是基于模型的圖像復(fù)原方法，它考查圖像退化的原因，將退化過程進(jìn)行建模，采用逆向處理，以*終解決圖像的復(fù)原問題。 圖像增強(qiáng)方法采用直方圖均衡化、濾波變換方法和基于模糊邏輯的方法。直方圖均衡化方法是一種全局化方法，運(yùn)算量小但對細(xì)節(jié)的增強(qiáng)不夠；局部均衡方法效果較好，但可能引入塊狀效應(yīng)，計算量大、噪聲易被放大、算法效果不易控制。濾波變換的透霧算法通過局部處理能夠獲得相對較好的處理結(jié)果，但它們的計算量巨大、資源消耗多、不適于實(shí)時性要求較高的設(shè)備。基于模糊邏輯的方法透霧的效果不夠理想。基于增強(qiáng)的方法能在一定程度上提高圖像的對比度，并通過增強(qiáng)感興趣區(qū)域來提升可識別度。但是，該方法未能從圖像退化過程的原因入手來進(jìn)行補(bǔ)償，因此它只能改善視覺效果而不能獲得很好的透霧效果。 圖像復(fù)原的方法采用濾波方法、*大熵方法與圖像退化函數(shù)估計法等。整體而言，該方法計算量較大。*大熵方法能夠獲得較高的分辨率，但是其為非線性、計算量大、數(shù)值求解困難。圖像退化函數(shù)估計法大多依據(jù)一定的物理模型(如大氣散射模型與偏振特性的透霧模型)來設(shè)計，需要在不同的時間點(diǎn)采集多幅圖像作為參考圖像，以便確定物理模型中的多個參數(shù)，而*終求解得到無霧狀態(tài)下的結(jié)果圖像。這一點(diǎn)限制了此類方法在實(shí)時監(jiān)控中的應(yīng)用。 本書采用實(shí)時透霧技術(shù)，在充分分析穿透霧霾理論的優(yōu)勢與不足，并進(jìn)行深入的研究探索后，提出一種實(shí)時穿透霧霾技術(shù)。該技術(shù)基于大氣光學(xué)原理，對圖像不同區(qū)域景深與油霧濃度進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確、自然的穿透霧霾圖像。在大氣透射模型的基礎(chǔ)上融合圖像增強(qiáng)與圖像復(fù)原的技術(shù)優(yōu)勢，從而能夠獲得較為理想的實(shí)際工程化圖像效果。如果實(shí)時透霧技術(shù)能夠與視頻壓縮、智能分析技術(shù)相結(jié)合，那么將會產(chǎn)生更大的價值。對于數(shù)據(jù)圖像處理，一方面采用圖像壓縮實(shí)時處理，縮短處理時間，便于快速顯示與傳輸；另一方面進(jìn)行無壓縮實(shí)時存儲，便于后續(xù)處理和調(diào)用。由于目前主流的視頻壓縮算法都是有損壓縮，會對圖像中對比度較低的細(xì)節(jié)造成損傷，而有霧視頻一般對比度低、細(xì)節(jié)偏少，因此被編碼壓縮后往往模糊不清且無法恢復(fù)。采用實(shí)時透霧技術(shù)能夠有效地增強(qiáng)圖像對比度和細(xì)節(jié)，保證有價值的信息不會被編碼壓縮丟失，顯著提高信息有效性。經(jīng)過實(shí)時透霧技術(shù)處理的圖像，其分析結(jié)果的錯誤率尤其是漏報率能夠顯著降低，從而大幅提高智能分析系統(tǒng)的實(shí)用性。該實(shí)時穿透霧霾技術(shù)能夠根據(jù)霧霾情況的變化自動調(diào)整從而適應(yīng)各種應(yīng)用場景，避免出現(xiàn)近景發(fā)黑而遠(yuǎn)景模糊的情況；同時兼顧了實(shí)現(xiàn)的效率與復(fù)雜度，保證了整個透霧的實(shí)時性與可工程化。 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3.1國外研究現(xiàn)狀 美國早在20世紀(jì)70年代便開展了偏振成像的研究，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)兩個互相垂直方向上的紅外熱輻射線偏振強(qiáng)度探測，經(jīng)過多年研究基本摸清了目標(biāo)起偏機(jī)理與偏振特性傳輸規(guī)律，并初步實(shí)現(xiàn)了偏振成像設(shè)備的小型化和實(shí)用化。其 U-2R/S飛機(jī)加載的光電成像設(shè)備 SYERS系統(tǒng)，在2003年后升級加裝了偏振成像儀；美國陸軍偏振成像樣機(jī)也已經(jīng)在紅石靶場對俄制裝甲車進(jìn)行了7天24小時連續(xù)監(jiān)測試驗(yàn)研究，技術(shù)已趨于成熟。以上設(shè)備不僅可識別戰(zhàn)場上的偽裝目標(biāo)，而且在霧霾和塵土等不利于觀測的環(huán)境下仍有良好的成像性能。除美國外，法國、日本、荷蘭等10多個國家也相繼開展理論、器件、系統(tǒng)與應(yīng)用研究，且廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)等領(lǐng)域。 1990年，Rogne等[1]利用紅外偏振探測技術(shù)進(jìn)行針對目標(biāo)及背景的對比度實(shí)驗(yàn)，觀察對象涉及車輛、飛機(jī)、鐵板、水泥路面等，測試背景有草地、樹林、云霧等。 利用熱像儀加旋轉(zhuǎn)偏振片的方法得到偏振相關(guān)信息，對樣本開展研究。圖1.3為目標(biāo)與背景的對比度。(a)圖為灰度圖像探測目標(biāo)和測試背景對比度的情況， (b)圖為偏振圖像探測目標(biāo)和背景對比度的情況。 圖1.3目標(biāo)與背景的對比度 通過兩幅圖片的對比可知，對于灰度圖像，采用偏振探測方式時，背景的干擾得到了有效降低，且探測目標(biāo)有較高凸顯，使得目標(biāo)和背景對比度得到了提高，便于目標(biāo)識別。 1999年，Nordin等[2]研制了一種分焦平面偏振探測器，圖1.4為22微偏振像元結(jié)構(gòu)圖。和傳統(tǒng)探測器相比，分焦平面偏振探測器缺少分光裝置，而是在探測器像元表面附上偏振片，利用單次的曝光可以得到四個方向起偏數(shù)據(jù)，圖1.5為斯托克斯矢量 S0、 S1、 S2分量圖像，其中(a)圖為 S0圖像，(b)圖為 S1圖像，(c)圖為 S2圖像。 2000年，美國空軍實(shí)驗(yàn)室選取鋁板作為實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行了偏振成像實(shí)驗(yàn)，將12塊鋁板分別涂上美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)材料，并對0.9～1.0.m波長范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)果表明，涂料不同，其鋁板表面表現(xiàn)的偏振特性也不同，這為軍事領(lǐng)域偽裝目標(biāo)的識別奠定了基礎(chǔ)[3]。 2000年，美國將牛奶、油霧作為散射介質(zhì)，開展了偏振成像實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，偏振成像可以加強(qiáng)散射介質(zhì)中測試圖像的對比度，特別是對全斯托克斯的偏振圖像處理后，圖像的對比度更高。 圖1.422微偏振像元結(jié)構(gòu)圖 圖1.5斯托克斯矢量 S0、 S1、 S2分量圖像 2000年，荷蘭開展了以沙地、森林為背景的地雷偏振探測實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)論：以沙地為背景環(huán)境，可見光探測成像較中波紅外偏振探測成像效果更好；以森林為背景環(huán)境，中波紅外偏振探測成像較可見光探測成像效果更好。 2001年，美國研制了一種液晶型 Sagnac干涉成像光譜儀，光譜范圍為400～800nm，擁有55個光譜通道，可以測量出目標(biāo)的空間圖像信息、光譜信息及偏振信息[4]。 2002年，英國利用紅外偏振手段進(jìn)行了掃雷實(shí)驗(yàn)測試。圖1.6為紅外偏振成像掃雷實(shí)驗(yàn)，其中(a)圖為紅外強(qiáng)度圖像，(b)圖為紅外偏振圖像。通過對比兩幅圖能夠看出，相比于紅外成像，偏振成像能夠更好地使得地雷從背景中突顯出來[5]。
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