[发明专利]基于四元数的海面溢油识别方法及系统

说明书

本发明涉及海面溢油检测领域，提供一种基于四元数的海面溢油识别方法及系统，所述方法包括步骤1，采集不同偏振角度的从目标物反射回的反射偏振光，并将其转换为电信号，以获得目标物的偏振图像；步骤2，根据偏振图像获得偏振参量；步骤3，将偏振参量投影到HSV颜色模型中，将偏振参量进行归一化处理；步骤4，将四元数与菲涅尔公式相结合，根据反射光四元数表达式进行油膜识别；步骤5，验证四元数形式的邦加球和斯托克斯等价关系，并在邦加球上标识出不同油膜的四元数表达式，由不同油膜的四元数表达式在邦加球面的不同位置实现对各类油膜的识别。本发明能够实现油膜区域与水面的划分以及溢油种类识别检测。

技术领域

本发明涉及海面溢油检测领域，尤其涉及基于四元数的海面溢油识别方法及系统。

背景技术

随着世界经济的快速发展，各个国家对石油能源的需求逐年增加，石油开采、运输等行业发展的越来越迅速，与此同时，在石油开采运输等过程中出现溢油事故的机率也随之增加，当溢油事故发生时，除了释放芳香烃化合物等有害气体外还会在海面上形成一层油膜，导致大片海域缺氧，海洋中生物大量死亡，海洋生态环境被严重破坏。1983年，成像光谱仪的成功研制使得高光谱探测器被广泛的使用，如今溢油探测通常是多种手段并用，其中最常见的是雷达遥感与高光谱遥感相结合。卫星雷达遥感检测技术兴起于1970年，该技术的发展过程主要是研究单卫星水面溢油检测和多个卫星共同探测水面溢油信息并进行数据分析合成两个阶段。当前时期正在研发的用于检测溢油事故的遥感卫星主要是陆地资源卫星，法国SPOT卫星，欧洲ENVISAT卫星，美国NOAA卫星等。目前在溢油遥感监测领域中使用最多的是合成孔径雷达(SAR)，且效果相对较好。23-24雷达遥感虽能全天候工作，但易受环境等外界因素干扰，在复杂环境下易出现误判现象而且仅适用于大面积的海域，对海岸、码头等不能准确探测。

航空遥感监测技术是利用飞行器搭载设备在空中收集水平面信息，通过空载分析仪对获取的数据进行处理解析，得到溢油信息，搭载的探测设备通常有红外/紫外(0IR/UV)扫描仪、机载侧视雷达(SLAR)、微波辐射计、高精度相机等。由于飞行器需要搭载不同类型的探测设备，对飞行器的设计要求较高，用于机载仪器成本较高，在雾霾或雨雪等恶劣天气时，无法准确完成监测工作，因此数目相对较少。

船舶遥感有自己独特的优势，船舶上的雷达和后端系统可以对溢油区域进行探索扫描，并且船舶相对于飞行器更利于携带各种探测装置，在探测时与目标区域距离较近，能够在较为恶劣的天气环境下进行工作，可实时的得到海面信息。长江船舶设计院设计的溢油检测船舶目前也已经投入使用，并在进行该方面的科研工作。

现阶段海面溢油的检测方法主要有光学方法、微波辐射计法以及气相色谱法等。光学方法是利用不同波段的光照射海面获取灰度图像，根据灰度值的不同分布进行处理分析，通过灰度差值携带的信息进行溢油检测。微波辐射计法是根据溢油区域中水体和油类对微波辐射的吸收程度具有差异性，通过暗环境的亮信号来实现溢油检测。由于不同条件和环境下的油品的光谱和色谱图非常复杂，在油品鉴别领域中气相色谱法具有高效、灵敏度高的特点，但该方法需要多种精密的分析仪器，且必须对样本进行必要的预处理工作后才能进行分析，过程耗时长，劳动成本高，不适应突发的溢油事故。

发明内容

本发明主要解决现有技术的溢油检测过程耗时长，劳动成本高，不适应突发的溢油事故等技术问题，提出一种基于四元数的海面溢油识别方法及系统，能够实现油膜区域与水面的划分以及溢油种类检测。

本发明提出一种基于四元数的海面溢油识别方法，包括以下过程：

步骤1，采集不同偏振角度的从目标物反射回的反射偏振光，并将其转换为电信号，以获得目标物的偏振图像；

步骤2，根据偏振图像获得偏振参量；其中，所述偏振参量包括：偏振图像的偏振度、偏振相位和椭偏率；

步骤3，将偏振参量投影到HSV颜色模型中，将偏振参量进行归一化处理；