[发明专利]一种基于多指标优化的水下偏振成像方法

说明书

本发明公开了一种基于多指标优化的水下偏振成像方法，包括获取偏振方向不同的水下图像，并由此建立目标反射光强度模型与后向散射光强度模型；设置模型中目标反射光偏振度与后向散射光偏振度为自变量，以目标反射光强度模型成像与后向散射光强度模型成像之间的互信息和目标反射光强度模型成像的对比度为目标函数，获取满足互信息小与对比度大的多组最优解；以信息熵为目标函数，选取最优解集合中代入目标反射光强度模型成像信息熵最大的为最终成像结果。本发明能够自动搜寻最优参数，无需人机交互，且在成像过程中加入多指标考量图像质量，避免了因指标单一而导致成像结果与期望不符的局限性，是一种更为高效的方法。

技术领域

本发明涉及一种水下偏振成像方法，尤其涉及一种基于多指标优化的水下偏振成像方法。

背景技术

受水体本身及其中悬浮微粒、可溶性有机物等混浊介质影响，包含目标信息的光线被其吸收和强散射，导致水下获取的图像产生噪声增多及对比度大幅下降等问题。而在散射作用下，后向散射光的干扰是引起图像质量下降的主要原因。为此，克服后向散射光对水下光学成像的影响是一项值得研究的工作。由于后向散射光是部分偏振光，水下偏振成像方法作为一种有效抑制后向散射光的水下光学成像技术被提出。

但是，传统水下偏振成像方法需要人工截取图像中背景无目标区域估算参数，无法做到全自动处理，且随着截取区域的不同，图像复原效果会不稳定。另外，算法成像过程中评价指标单一，得到的结果也可能并非最优，无法令人满意。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于多指标优化的水下偏振成像方法，在成像过程中加入多指标考量图像质量，提升了成像结果的综合质量。

技术方案：本发明包括以下步骤：

步骤一、获取多张偏振方向不同的水下图像，并由此建立目标反射光强度模型与后向散射光强度模型；

步骤二、设置模型中目标反射光偏振度与后向散射光偏振度为自变量，以目标反射光强度模型成像与后向散射光强度模型成像之间的互信息和目标反射光强度模型成像的对比度为目标函数，获取满足互信息小与对比度大的多组最优解；

步骤三、以信息熵为目标函数，选取最优解集合中代入目标反射光强度模型成像信息熵最大的为最终成像结果。

所述目标反射光偏振度与后向散射光偏振度的取值范围在0到1之间。

所述步骤二中满足互信息小与对比度大的多组最优解的获取方法为：以互信息及对比度为目标函数，利用多目标优化算法获取满足互信息小和对比度大的最优解集合，即：

其中，P_tar表示目标反射光偏振度；P_sca表示后向散射光偏振度；{P_tar,P_sca}_optimal表示最优解集合；MI(T,B)表示目标反射光强度模型成像与后向散射光强度模型成像之间互信息；Cont(T)表示目标反射光强度模型成像的对比度。

所述步骤三中的信息熵按下式计算：

其中，p_k是大小为k的灰度级出现的概率。

所述步骤三中的最终成像结果获取方法为：

3.1、在最优解集合中选取能使目标反射光强度模型成像信息熵计算结果最大的值，即：

其中，Entropy(T)表示目标反射光强度模型成像的信息熵；表示最优解集合中能使目标反射光强度模型成像信息熵最大的满意值；

3.2、代入目标反射光强度模型获得最终的成像结果，即：