非共轴多通道偏振成像探测技术研究

论文摘要

传统的成像探测只能获取目标的强度信息,在复杂环境中,其探测能力会受到极大的限制。偏振成像利用目标和背景的偏振特性差异,可以在复杂背景中增强目标与背景的对比度,提高目标探测和识别的能力,如今已广泛的应用在军事,医学,天文学等领域。目前传统偏振成像系统主要可分为分时偏振成像系统和同时偏振成像系统。分时偏振成像系统实时性差,成像误差大,动态场景应用受限。同时偏振成像系统能量利用率低,分辨率低,对于微光环境与远距离环境的偏振成像质量较差。针对以上传统偏振成像的问题,本文设计出了一种非共轴多通道偏振成像系统。该系统采用了四通道阵列结构,每个通道分别获取0°、45°、90°和135°的偏振强度图像,通过Sift特征算子完成通道间图像配准,通过Stokes矢量法解算线偏振度、偏振角和偏振特征因子,从而实现偏振成像。针对这种偏振成像系统结构建立了数值仿真模型。分析了各个通道间间距、光轴平行度以及偏振片检偏角度对偏振成像结果造成的误差,归纳总结出偏振成像精度大于1%的系统结构参数范围。针对本系统偏振成像会损失背景强度的缺点,提出了一种基于非下采样Contourlet变换(NSCT)和自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)的偏振图像融合算法,将Stokes矢量中的参数I代表的光强度和偏振特征因子进行融合。通过本文设计偏振成像系统对微光环境、低对比度环境以及远距离环境进行了实验,实验结果表明了成像系统和融合算法对多个场景下的目标探测能力提升效果显著。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 偏振成像探测研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 论文主要工作及结构安排

第二章偏振概念与偏振探测机理

2.1 光的偏振

2.2 偏振光的表征方法

2.2.1 Jones矩阵法

2.2.2 Stokes矢量法

2.3 偏振探测机理

2.3.1 分时型偏振成像系统

2.3.2 同时型偏振成像系统

2.4 偏振探测系统方案

2.5 本章小结

第三章非共轴多通道偏振成像系统

3.1 系统总体设计

3.1.1 偏振片

3.1.2 光学镜头

3.1.3 探测器选取

3.1.4 相机支撑系统

3.2 系统偏振图像获取

3.2.1 多通道图像采集

3.2.2 图像配准处理

3.2.3 偏振特征提取

3.3 系统结构误差分析

3.3.1 光轴平行度

3.3.2 通道间距

3.3.3 检偏角度误差

3.3.4 系统优化后结果

3.4 本章小结

第四章多通道偏振图像融合增强算法

4.1 图像融合的概述

4.2 常见的图像融合方法

4.2.1 加权平均融合法

4.2.2 主分量分析融合法

4.2.3 基于多尺度变换的图像融合算法

4.3 基于NSCT和自适应PCNN的偏振图像融合算法

4.3.1 非下采样Contourlet变换理论

4.3.2 脉冲耦合神经网络理论

4.3.3 融合算法

4.4 偏振成像质量评价

4.4.1 主观评价

4.4.2 客观评价

4.5 图像融合结果

4.6 本章小结

第五章基于可见光波段的目标探测实验

5.1 实验平台

5.2 偏振成像实验与结果分析

5.3 本章小结

第六章总结与展望

6.1 论文的主要研究内容和成果

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 白峻杰

导师: 任戈,马浩统

关键词: 偏振成像,多通道,线偏振度,偏振角,图像融合

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: TP391.41;O436.3

总页数: 86

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