基于空中运动平台的红外偏振成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光学测量方法，特别是一种基于空中运动平台的图像拼接红外偏 振探测方法。
【背景技术】
[0002] 地面和大气中的任何目标，在反射或福射电磁波的过程中都会产生由它们自身性 质和光学基本定律决定的偏振特性，不同物体或同一物体的不同状态（例如粗趟度、含水 量、构成材料的理化特征等）会产生不同的偏振状态。红外伪装技术，通过降低或扭曲目标 表面热福射特征，使目标在红外福射强度图中有较低的灰度值，达到红外波段伪装目标的 目的。但是，伪装目标其反射和福射光波的偏振状态并没有较大变化，在偏振图像中该类目 标就失去了伪装效果而容易被识别。因此，红外偏振成像方法能够提高伪装目标与背景的 对比度，较传统的探测方式具有明显的优势。
[0003] 目前该技术的主要探测方式有时序测量方法、空间匹配测量方法W及强度调制型 偏振成像方法。空间匹配测量方法应用多组偏振测量单元在空间上组合来获取同一目标的 偏振特性，其缺点是结构复杂、光路调节困难，且由于同时使用多路光学元件与探测器，元 件及探测器的偏振响应的不同将带来较大的测量误差。强度调制型偏振成像装置中含有 光阔导致光通量不高，该装置光路复杂且工艺要求高，且含有光谱仪结构，信号处理速度较 慢。同时，空间匹配测量方法和强度调制型偏振成像装置中需要用到双折射晶体等器件，自 然界中红外波段的光学晶体特别少，特别是长波红外波段的晶体几乎没有，因此，红外偏振 相机一般采用时序测量方式。
[0004] 时序测量方法采用旋转偏光元件型结构或采用电光、声光、磁光等调制方式按照 时序依此获取不同偏振方向的至少四幅偏振图像，得到目标的偏振特性，应用在运动平台 上或拍摄运动目标时，该方法拍摄的四幅偏振图像覆盖不同区域，无法获得目标的全部偏 振信息，因此，该方法不能应用在运动平台上或无法对运动目标的偏振信息进行实时探测。
【发明内容】
[0005] 为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于天空运动平台的 红外偏振成像方法，应用偏振图像拼接技术，使其能够在天空运动平台上对地面大面积目 标完成准实时偏振测量。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出一种基于天空运动平台的红外偏振成像方法， 该方法通过W下技术方案进行实现，具体步骤如下：基于天空运动平台的红外偏振成像方 法，其特征在于；所述方法包括W下步骤：
[0007] 1)在热红外相机前加入可旋转的偏振片或可控制的液晶，通过旋转偏振片或控制 液晶，使热红外相机能够获得目标的偏振图像I。，IwIg。，即目标水平方向偏振、对角方向偏 振W及竖直方向偏振图像；
[000引 2)把步骤1)中组建的红外偏振相机布设在空中运动平台中；
[0009] 3)根据空中运动平台的运动速度及红外偏振相机视场覆盖的地面区域，设置红外 偏振相机的拍摄频率；
[0010] 4)在空中运动平台保持匀速运动情况下，红外偏振相机按照预设帖频依次拍摄地 面目标的偏振图像1〇,IwIgci;
[00川W采用图像拼接技术，拼接地面目标的偏振图像，使偏振图像的覆盖区域相同。[001引 6)求取地面目标Stokes矢量S0, Si，S2图像：
[001引Sq=IQ+IgQ;
[0014] Si=I〇-l9〇;
[00巧]S2=2l45_(I〇+l9〇);
[0016] 7)计算偏振度DoP图像和偏振方位角AoP图像：
[0019] 上述步骤3)红外偏振相机的拍摄频率f满足W下条件：
[0020] -3y
[0021] 其中，平台的运动速度为V，红外偏振相机视场覆盖的地面区域长为1，宽为W。
[0022] 上述步骤2)空中运动平台是飞机或飞艇。
[0023] 本发明提出一种应用偏振图像拼接技术，使红外偏振成像时序测量方法能够在天 空运动平台上对地面大面积目标完成准实时偏振测量。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明红外偏振相机拍摄地面目标的图像序列；
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进行一步详细说明：
[0026] (1)组建红外偏振相机，在热红外相机前加入可旋转的偏振片或可控制的液晶， 通过旋转偏振片或控制液晶，该热红外相机能够获得目标的偏振图像I。，IwIg。，即目标水 平方向偏振、对角方向偏振W及竖直方向偏振图像。由于在自然背景情况下，目标的圆偏 振光分量几乎为零，因此，圆偏振光在本发明中不予考虑。角度可W随意选取，只要选取不 同的=个角度即可；但是考虑到一般偏振器材的灵敏度，选取的角度差值要大于30°小于 60°，、1。，1日。，112。也是可^的。
[0027] (2)把组建的红外偏振相机布设在空中运动平台上，平台可W是飞机或飞艇等。
[002引（3)根据空中运动平台的运动速度及红外偏振相机视场覆盖的地面区域，设置红 外偏振相机的拍摄频率。
[0029] 设平台的运动速度为V，相机视场覆盖的地面区域长为1，宽为W，则相机的拍摄频 率：
[0030]
[0031] (4)空中运动平台保持匀速运动情况下，红外偏振相机按照预设帖频（本例中取 / = )依次拍摄地面目标的偏振图像I。，IWig。，具体拍摄图像序列如图1所示。
[003引 妨采用图像拼接技术，拼接地面目标的偏振图像I。，IwIg。，使该些偏振图像的覆 盖区域相同。
[0033] 如图1所示，空中运动平台上的红外偏振相机拍摄地面目标的图像序列，其中 Icu，L日，1，Igcu(i= 1，2,3，…）为地面目标水平方向偏振、对角方向偏振W及竖直方向偏 振图像序列。
[0034] 图像拼接时取图像Lej的后1/3图像与I4W前2/3图像进行拼接形成图像 I' 4日，2,取图像IgCU的后2/3图像与I9。，2前I/3图像进行拼接形成图像I' 90,2,与原图像 1。,2共同形成新的图像序列，该图像序列的图像覆盖区域相同。该里的图像选取规律在本发 明中获取3个方向的偏振图像，即要求最少3张相邻图像拍摄到同一区域，所W图像拼接时 图像相互覆盖的区域最大是1/3 ;也可W是1/4该种形式，但是此时要求相机的拍摄频率为 4v/l〇
[0035] (6)利用新的图像序列，求取地面目标Stokes矢量S〇,Si，S2图像。
[0036] S〇=I0+I90
[0037] Si=I厂I90
[0038] S2= 2145-(I〇+l9〇)
[0039] (7)计算偏振度DoP图像和偏振方位角AoP图像
【主权项】
1. 基于天空运动平台的红外偏振成像方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 1) 在热红外相机前加入可旋转的偏振片或可控制的液晶，通过旋转偏振片或控制液 晶，使热红外相机能够获得目标的偏振图像Itl, 145,19tl，即目标水平方向偏振、对角方向偏振 以及竖直方向偏振图像； 2) 把步骤1)中组建的红外偏振相机布设在空中运动平台中； 3) 根据空中运动平台的运动速度及红外偏振相机视场覆盖的地面区域，设置红外偏振 相机的拍摄频率； 4) 在空中运动平台保持匀速运动情况下，红外偏振相机按照拍摄频率依次拍摄地面目 标的偏振图像Ιο, 145, I9Ci; 5) 采用图像拼接技术，拼接地面目标的偏振图像，使偏振图像的覆盖区域相同； 6) 求取地面目标Stokes矢量Stl, S1, S2图像： S〇= I 〇+工90; S1= I O-I90; S2= 21 45-(Io+Igo)； 7) 计算得到偏振度DoP图像和偏振方位角AoP图像：2. 根据权利要求1所述的基于天空运动平台的红外偏振成像方法，其特征在于：所述 步骤3)红外偏振相机的拍摄频率f满足以下条件：其中，平台的运动速度为v，红外偏振相机视场覆盖的地面区域长为1，宽为w。3. 根据权利要求2所述的基于天空运动平台的红外偏振成像方法，其特征在于：所述 步骤5)的具体步骤是： 5. 1)空中运动平台上的红外偏振相机拍摄地面目标的图像序列，其中Icu, 145^19(|，力 =1，2, 3，…）为地面目标水平方向偏振、对角方向偏振以及竖直方向偏振图像序列； 5.2)取图像145:1的后1/3图像与145,2前2/3图像进行拼接形成图像1' 45,2，取图像 I9tu的后2/3图像与19(12前1/3图像进行拼接形成图像1' 9(12，与原图像Itl2共同形成新 的图像序列，该图像序列的图像覆盖区域相同。4. 根据权利要求3所述的基于天空运动平台的红外偏振成像方法，其特征在于：所述 步骤2)空中运动平台是飞机或飞艇。
【专利摘要】本发明提出一种基于天空运动平台的红外偏振成像方法，包括以下步骤：1)在热红外相机前加入可旋转的偏振片或可控制的液晶，通过旋转偏振片或控制液晶，使热红外相机能够获得目标的偏振图像；2)把步骤1)中组建的红外偏振相机布设在空中运动平台中；3)根据空中运动平台的运动速度及红外偏振相机视场覆盖的地面区域，设置红外偏振相机的拍摄频率；4)在空中运动平台保持匀速运动情况下，按照预设帧频依次拍摄地面目标的偏振图像；5)拼接地面目标的偏振图像，使偏振图像的覆盖区域相同。本发明提出了一种基于天空运动平台的红外偏振成像方法，应用偏振图像拼接技术，使其能够在天空运动平台上对地面大面积目标完成准实时偏振测量。
【IPC分类】H04N5/232, H04N5/33
【公开号】CN104902195
【申请号】CN201510156100
【发明人】谢永杰, 张华良, 马冠军, 赵岩, 唐佩佳, 焦姣
【申请人】中国人民解放军63655部队
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月2日