[发明专利]智能水下偏振目标深度图获取系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，尤其涉及一种基于偏振识别的智能水下偏振目标深度图获取系统及其方法。

背景技术

传统的机器视觉是将立体的三维景物投影成平面的二维图像，在这个成像的过程中损失了深度信息，使得重构的三维景物不是唯一的，从而使机器视觉的发展受到了限制。因此，基于图像的深度信息获取具有重要的现实意义，将会大大推动机器视觉的发展。

目前深度信息获取大致分为两种：

一种是通过三维成像获得深度信息：例如激光雷达深度成像、立体视觉技术法。立体视觉中的双目立体视觉由于直接模仿了人和许多动物通过双眼获得景物的深度信息的方式，得到了更为深入的研究，但这类方法存在严格的匹配要求。

另一种是基于二维图像的深度信息获取技术。例如基于多幅图像的去雾方法，借助晴天和雾天场景的两幅图像作为参考图像来计算场景各点的深度比关系。这种方法需要涉及不同天气条件下获得的多幅场景图像，因此时效性比较差。He等人提出基于暗原色先验的去雾方法，获取场景信息。上述方法能实现单幅图像获取深度信息，但是求解过程相对复杂，因此实时性相对较差。

在水下场景中，深度信息对于水下目标检测和跟踪有着重要的作用，然而上述方法应用在水下时，存在着严重的不足，光在水体中传播时存在着严重的吸收和散射，目标信息无法到达采集设备，但是水下后向散射偏振光却包含目标的距离信息。

在此背景下，本发明针对水下场景应用需求，提供一种智能水下偏振目标深度图获取系统，通过偏振图像采集装置获得目标图像，基于后向散射光强方法，快捷的计算得到深度图。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术中存在的上述或其他缺陷，提供一种智能水下偏振目标深度图获取系统，可对水下目标的偏振图像、非偏振图像进行采集、计算、处理，从而能够得到目标的深度图。

本发明提供了一种针对水下环境的智能水下偏振成像与目标深度图获取系统，其特征在于：系统由图像采集模块、图像处理模块、控制模块、存储模块、显示模块、电源模块构成。所述的采集模块包括旋转镜头、相机、激光发射/接受装置、步进电机，相机前部安装旋转镜头，与激光发射/接收装置组成联动装置，通过控制模块触发步进电机控制偏振片角度，保证当激光发射/接收装置的激光发射端与接收端、镜面贴片处于同一垂直面时，精确得到所需偏振角度图像。所述的控制模块通过发送脉冲控制步进电机的旋转、图像处理模块的图像处理、存储模块的信息存储，显示模块的信息传输与显示。所述的图像处理模块内置有图像处理算法，对输入的采集图像进行处理，得到目标深度图。所述的存储模块是用来存放采集模块采集的图像信息和处理模块处理后的图像信息。所述的显示模块包含数-模转换器、显示屏，在控制模块的控制信号作用下将处理模块处理后得到的深度信息进行显示所述的电源模块对系统内的各个模块提供供电服务。

本发明的核心处理部分是：所述采集模块中旋转镜头与激光发射/接收装置相结合成联动装置，通过控制模块触发步进电机控制偏振片角度，保证当激光发射/接收装置的激光发射端与接收端、镜面贴片处于同一垂直面时，精确得到所需偏振角度图像并存储。所述图像处理模块是基于后向散射光强计算方法，得到水下目标的深度图。

所述旋转镜头包括以下部分：带有轴承的黑色旋转轮、非偏振片、0度偏振片、90度偏振片、镜面贴片。镜片固定在旋转轮的外边缘与旋转轮相互外切，且镜片中心线过旋转轮中心，三个镜片的中心线夹角为120度。镜面贴片贴在三条中心线上与旋转轮外边相内切。

所述图像处理模块中算法是基于后向散射光强可表述为：

步骤1、基于暗原色先验知识处理非偏振图像，选取其中暗原色值最大的10％像素区域作为背景区域。

步骤2、依据步骤1中的背景区域，做为0度偏振图像、90度偏振图像的背景区域，依据(4)式计算出后向散射光的偏振度：