[发明专利]一种基于相关性的分焦平面偏振图像插值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振成像信息处理技术领域，具体地说是一种基于相关性的分焦平面偏振图像插值方法。

背景技术

偏振成像是20世纪60年代发展起来的一项具有巨大应用价值的前沿技术。偏振成像在传统强度成像基础上增加了偏振信息维度，不仅能获取二维空间光强分布，还能获得图像上每一点的偏振信息。目前偏振成像已应用在隐身、伪装、虚假目标的探测识别，海面目标的探测和识别，水下目标的探测和识别，烟雾气候环境条件下的导航，医学诊断等领域。

在进行偏振探测时，需要得到3幅或者4幅目标在不同偏振角度下的图像，目前主要的探测方式是分时探测。此种探测方式由于是非实时探测，大大限制了此种探测方式的应用范围，且只能对静止的目标进行探测。分振幅和分孔径探测方式虽能满足实时探测要求，但是这两种探测方式需要精确配准。分焦平面探测方式是将微偏振片阵列集成在成像焦平面上，微偏振片阵列的每2x2单元分别刻有0°，45°，90°和135°的偏振方向的光栅，该探测方式具有高透过率、高消光比、高实时性等优点，由于Stokes矢量所需的各个分量是通过邻域像元重建得到，而相邻像元的瞬时视场不重叠，导致了瞬时视场误差，同时该探测方式降低了空间分辨率。为了弥补分焦平面探测方式的不足，需要采用插值算法对偏振图像进行误差补偿。

现有的分焦平面偏振图像插值算法主要有双线性插值、双三次插值和双三次样条插值。这三种算法在一定程度上可以抑制瞬时视场误差，但是这些算法本质上是低通滤波器，平滑了图像的细节信息。

发明内容

针对现有的分焦平面偏振图像插值算法的不足，本发明从偏振强度相关性出发，考虑了边缘方向的插值，提出了一种基于相关性的分焦平面偏振图像插 值方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于相关性的分焦平面偏振图像插值方法，包括以下步骤：

获取包含四个偏振方向的原始图像；

通过目标像素的邻域的像素值计算原始图像中该像素的45°和135°方向的梯度，并进行对角方向插值，以获得相对应角度的强度值；

计算原始图像中每个像素的水平相关差和垂直相关差；

利用偏振强度相关性区分边缘与平滑区域，以及进行边缘方向的判定；

利用偏振强度相关性判定的结果，进行插值策略的选择，获得插值后的图像。

所述四个偏振方向为0°、45°、90°、135°方向。

所述邻域的形状根据需要设定，选择矩形邻域、圆形邻域或其它形状的邻域。

所述邻域的大小根据需要设定，设定为m*m，其中m为奇数。

所述计算原始图像中每个像素的45°和135°方向的梯度，采用一阶微分、二阶微分或一阶微分和二阶微分的联合值作为目标像素的梯度值。

所述进行对角方向插值，以获得相对应角度的强度值，根据45°和135°两方向的梯度值大小关系判断插值方向，然后选用最近邻插值、双线性插值、双三次插值、分形插值、双三次样条插值或基于保边性插值算法沿着该方向进行插值。

所述计算原始图像中每个像素的水平相关差和垂直相关差，利用等式(6)和目标像素的邻域像素值计算水平和垂直相关差

I_0°+I_90°＝I_45°+I_135°(6)

所述利用偏振强度相关性区分边缘与平滑区域，以及进行边缘方向的判定，根据水平方向的相关差和垂直方向的相关差与设定阈值的大小关系，判断边缘以及确定边缘方向。

所述插值策略的选择，包括：

①如果ΔI^h(i,j)≥T_threshold&&ΔI^v(i,j)＜T_threshold，则边缘是水平方向的，分别在原始图像和其对应角度方向的图像中沿水平方向根据所选择邻域的大小选择距离目标像素最近的相同偏振方向的若干像素，采用插值算法进行插值；

②如果ΔI^v(i,j)≥T_threshold&&ΔI^h(i,j)＜T_threshold，则边缘是垂直方向的，分别在原始图像和其对应角度方向的图像中沿垂直方向根据所选择邻域的大小选择距离目标像素最近的相同偏振方向的若干像素，采用插值算法进行插值；