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专利号: 2023101198076
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述机载海面目视搜索装置包括装置固定架(1)、转台(2)、主动偏振照明光发射端(3)和偏振成像端(4);

所述装置固定架(1)和转台(2)用于固定和调整机载海面目视搜索装置的实际观测角度;

所述主动偏振照明光发射端(3)用于舰载机飞行员进行搜索照明;

所述偏振成像端(4)用于帮助舰载机飞行员抑制海面耀光以及识别舰船跑道线;

所述主动偏振照明光发射端(3)包括光学窗口I(31)、扩束镜组(32)、偏振片I(33)、衰减片(34)和高功率蓝绿激光(35);

所述高功率蓝绿激光(35)发射532nm波段激光;

所述衰减片(34)根据需求调整出射光强;

所述偏振片I(33)用于起偏;

所述扩束镜组(32)用于将激光光束扩束并通过光学窗口I(31)进行出射从而实现大视场照明;

所述偏振成像端(4)包括光学窗口II(41)、反射镜组(42)、狭缝(43)、准直镜组(44)、分光棱镜(45)、抑制海面耀光偏振成像装置(46)、偏振片II(47)、CCDI(48)、舰船跑道线偏振成像装置(49)、偏振片III(410),CCDII(411)、电源控制模块(412)、仪器控制模块(413)和图像处理与存储模块(414);

所述反射镜组(42)、狭缝(43)和准直镜组(44)将通过光学窗口II(41)的光进行接收;

所述分光棱镜(45)将光分为反射光和透射光;

所述抑制海面耀光偏振成像装置(46)将反射光进行偏振成像;

所述舰船跑道线偏振成像装置(49)将透射光进行偏振成像;

所述仪器控制模块(413)对偏振片II(47)和偏振片III(410)进行偏振方向调节;

所述图像处理与存储模块(414)将拍摄好的偏振图像进行图像处理与储存,所述电源控制模块(412)为仪器控制模块(413)和图像处理与存储模块(414)进行供电;

所述使用方法具体包括以下步骤:

步骤1:通过主动偏振照明光发射端(3)对舰船目标海域进行主动偏振照明;

步骤2:基于步骤1的主动偏振照明区域通过偏振成像端(4)中抑制海面耀光偏振成像装置(46)对海面耀光进行抑制,确定舰船大致位置;

步骤3:基于步骤2舰船的大致位置通过偏振成像端(4)中舰船跑道线偏振成像装置(49)采集不同偏振方向的舰船跑道线偏振图像;

步骤4:基于步骤3采集的不同偏振方向的舰船跑道线偏振图像,利用穆勒矩阵计算线性退偏图像进行舰船跑道线识别;

步骤5:对步骤4得到的线性退偏图像进行中值滤波处理,得到图像指标峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM更高的图像。

2.根据权利要求1所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述步骤1具体为,当高功率蓝绿激光(35)发出激光,通过衰减片(34)调整出射光强;

当选定偏振片I(33)的偏振方向为0°时,激光通过扩束镜组(32)将激光光束扩束并通过光学窗口I(31)进行出射从而实现大视场照明;

当选定偏振片I(33)的偏振方向为45°时,激光通过扩束镜组(32)将激光光束扩束并通过光学窗口I(31)进行出射从而实现大视场照明;

当选定偏振片I(33)的偏振方向为90°时,激光通过扩束镜组(32)将激光光束扩束并通过光学窗口I(31)进行出射从而实现大视场照明;

当选定偏振片I(33)的偏振方向为135°时,激光通过扩束镜组(32)将激光光束扩束并通过光学窗口I(31)进行出射从而实现大视场照明。

3.根据权利要求1所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述步骤2具体为,依据偏振片I(33)来调整偏振片II(47)偏振方向使其与偏振片I(33)正交;

当偏振片I(33)偏振方向为0°时,偏振片II(47)偏振方向为90°进行拍摄;

当偏振片I(33)偏振方向为45°时,偏振片II(47)偏振方向为135°进行拍摄;

当偏振片I(33)偏振方向为90°时,偏振片II(47)偏振方向为0°进行拍摄;

当偏振片I(33)偏振方向为135°时,偏振片II(47)偏振方向为45°进行拍摄;

共计拍摄四组图像,选取四组图像中目标与背景之间对比度最高的图像进行舰船识别。

4.根据权利要求3所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述步骤3启动舰船跑道线偏振成像装置(49)进行偏振图像采样;

当偏振片I(33)偏振方向为0°时,调整偏振片III(410)偏振方向分别为0°、45°、90°和

135°,进行图像第一轮采样;

调整偏振片I(33)偏振方向为45°时,调整偏振片III(410)偏振方向分别为0°、45°、90°和135°,进行图像第二轮采样;

调整偏振片I(33)偏振方向为90°时,调整偏振片III(410)偏振方向分别为0°、45°、90°和135°,进行图像第三轮采样;

调整偏振片I(33)偏振方向为135°时,调整偏振片III(410)偏振方向分别为0°、45°、

90°和135°,进行图像第四轮采样,共进行4轮偏振图像采样,总计共采集16张偏振图像。

5.根据权利要求4所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述步骤4具体为,利用穆勒矩阵公式得到由9个元素组成的穆勒矩阵图像,穆勒矩阵公式为:(1)

其中,穆勒矩阵中不同矩阵元素M角标中的数字为所对应的行数和列数;I为采集的偏振图像的光强值,角标中第一个数字代表偏振片I(33)的偏振方向,第二个数字代表偏振片III(410)的偏振方向;

偏振方向为0°的线偏振光编号用1表示;偏振方向为90°的线偏振光用2表示;偏振方向为45°的线偏振光编号用3表示;偏振方向为135°的线偏振光用4表示;

将公式(1)穆勒矩阵进行归一化处理,得到:

(2)

(3)

其中,穆勒矩阵中不同矩阵元素 角标中的数字为所对应的行数和列数;

线性退偏图像计算公式为:

(4)

其中, 代表线性退偏图像。

6.根据权利要求1所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,所述步骤5将步骤4得到的线性退偏图像进行中值滤波处理具体为,选用像素值邻域为3*3、5*5或7*7进行中值滤波,以使得图像效果更佳;

将中值滤波处理后的图像与未失真的舰船跑道线图像进行峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM图像指标计算,通过观察峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM图像指标数值,选取图像指标最高数值对应的中值滤波的图像作为最后输出的舰船跑道线图像。

7.根据权利要求6所述一种基于主动偏振照明的机载海面目视搜索装置的使用方法,其特征在于,将三组中值滤波处理后的线性退偏图像分别与未失真的舰船跑道线图像进行峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM图像指标计算,峰值信噪比PSNR的计算公式为:(5)

(6)

其中,MAXI为图像点颜色的最大值,β为图像采样点,计算中β取8,MAXI取255;MSE为均方差,I和K表示为分辨率为m*n的灰度图像,I为未失真的舰船跑道线图像,K为中值滤波处理后的线性退偏图像;

PSNR数值越大,代表图像质量越好;

结构相似性SSIM的计算公式为:

(7)

其中,x和y为输入的中值滤波处理后的线性退偏图像与未失真的舰船跑道线图像;

和 为x和y的平均值; 和 为x和y的方差; 为x和y的协方差;和 为常数;

SSIM取值为[0,1],数值越大代表中值滤波处理后线性退偏图像与未失真的舰船跑道线图像的差距越小,代表图像质量越好;

通过观察峰值信噪比PSNR和结构相似性SSIM图像指标数值,选取三组图像指标最高数值对应的中值滤波的图像作为最后输出的舰船跑道线图像。