CN115412664B - 一种智能化目标偏振成像装置及方法 - Google Patents

一种智能化目标偏振成像装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学探测理论研究领域，具体涉及一种智能化目标偏振成像装置及方法。成像装置包括定位单元、小型气象仪、可见光相机、主控计算机、二维转台和偏振成像***；其中，所述主控计算机通过电缆与定位单元、小型气象仪和二维转台分别连接，所述主控计算机通过网线与可见光相机和偏振成像***分别连接，所述可见光相机和偏振成像***固定在二维转台上。先通过定位单元确定地理位置和时间从而知道太阳位置，然后通过可见相机和气象仪知道周围光环境，提前计算出目标所处环境的偏振光背景，知道怎么进行偏振补偿更好，然后用偏振相机去拍摄，这样速度快，对比度更高。

Description

一种智能化目标偏振成像装置及方法
技术领域
本发明属于光学探测理论研究领域，具体涉及一种智能化目标偏振成像装置及方法。
背景技术
光电成像装备主要是基于强度成像的可见光摄像或者红外热像仪等，即通过获取背景在内的目标整体光强信息的空间分布特征，后期可结合信息化的处理手段从中识别并跟踪兴趣目标。这种方式在常规天气与环境中可发挥作用，但在雾霾、烟尘等天气环境下探测性能下降，目标往往难以识别、区分。在雾霾、水雾、云层、林地、荒漠等背景环境下不同目标的偏振特性均有不同，偏振成像探测在军事应用上，为不良气象条件下成像、揭示伪装目标、提取目标细节特征等发挥了优势，在军用与民用领域获得广泛的重视，成为各国研究的重点。
不良气象条件加上复杂环境的动态和静态物理特性对光电***性能及成像效果存在了严重影响，太阳光的位置和晴雨雪雾霾等不同天气下环境背景光的辐射强度，其中偏振光的强度与角度信息对最终成像效果与目标识别都起到了关键作用。但是，迄今为止还未见有在复杂环境下通过计算光场特性进行偏振成像的装置，因此，急需研制一种智能化目标偏振成像装置。
对于智能化目标偏振成像而言，设备小型化是重要的技术特点，而模块化设计则是设备标准化、通用化和提高可靠性、维修性的主要技术基础。可靠的环境信息采集、高速的数据处理也都是主要的关键技术。为了能实现智能化目标偏振成像，该装置还需要具有以下功能：（1）地理位置坐标与时间获取：精确获得成像时刻的地理位置坐标与时间，计算当前时刻的太阳天顶角，有助于消除成像时太阳天顶角对环境光的影响；（2）环境气象参数的获取：为了适应在恶劣的环境下能可靠的成像效果，必须获知当前区域的环境气象参数；（3）智能信息融合：为了保证可靠性和成像质量，需要快速而智能的信息融合技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种智能化目标偏振成像装置及方法。
本发明提供一种智能化目标偏振成像装置，包括定位单元1、小型气象仪2、可见光相机3、主控计算机4、二维转台5和偏振成像***6；其中，所述主控计算机4通过电缆分别与定位单元1、小型气象仪2和二维转台5连接，所述主控计算机4通过网线分别与可见光相机3和偏振成像***6连接，所述可见光相机3和偏振成像***6固定在二维转台5上。
进一步，所述定位单元1实时获取地理位置坐标与时间信息。
进一步，所述小型气象仪2实时获取当前地理位置的气象信息，包括温度、湿度、气压、能见度、风向风速和雨量的信息。
进一步，所述可见光相机3获取环境可见光图像和太阳方位可见光图像。
进一步，所述主控计算机4根据定位单元1、小型气象仪2和可见光相机3提供的信息计算太阳天顶角和太阳方位角，分析周边环境特征、能见度和大气状态，得出大气偏振光主方向、最佳成像角度，控制二维转台5和偏振成像***6完成成像。
进一步，所述二维转台5承载可见光相机3和偏振成像***6，在主控计算机4的作用下，使可见光相机3和偏振成像***6保持同步运动，调整可见光相机3和偏振成像***6的成像角度。
进一步，所述偏振成像***6采用能完成偏振图像信息采集的偏振相机，具有0度、45度、90度、135度和圆偏振图像输出。
本发明提供一种如上所述成像装置的成像方法，所述成像方法包括如下步骤：
S1、将装置安放到需要观测的位置，保证太阳位置方向无遮挡物；
S2、接通装置电源，主控计算机4分别与定位单元1和小型气象仪2通信，获取地理位置坐标与时间信息、当前环境气象信息；
S3、主控计算机4根据地理位置坐标与时间信息计算当前太阳位置，控制二维转台5让可见光相机3指向太阳成像，从成像结果中判断天气和大气信息，并控制二维转台5回位；
S4、主控计算机4根据定位单元1、小型气象仪2和可见光相机3提供的信息计算太阳天顶角和太阳方位角，融合分析当前周边环境光场特征；
S5、主控计算机4控制二维转台5让偏振成像***6进入扫描拍摄状态，并在不同的拍摄角度下调整相机偏振参数，进行偏振补偿，完成扫描拍摄。
作为一个整体的技术方案，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述成像方法的步骤。
作为一个整体的技术方案，本发明还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现上述成像方法的步骤。
本发明的有益效果为：
（1）针对复杂光环境下强度成像目标背景对比度低的缺点，采用偏振成像方式，有效的提高目标背景对比度。
（2）先通过定位单元确定地理位置和时间从而知道太阳位置，然后通过可见相机和气象仪知道周围光环境，提前计算出目标所处环境的偏振光背景，知道怎么进行偏振补偿更好，保证可靠性和成像质量，然后用偏振相机去拍摄，这样速度快，对比度更高。
附图说明
图1为本发明一种智能化目标偏振成像装置组成图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
本实施例提供的智能化目标偏振成像装置的组成图如图1所示，包括定位单元1、小型气象仪2、可见光相机3、主控计算机4、二维转台5和偏振成像***6；其中，所述主控计算机4通过电缆分别与定位单元1、小型气象仪2和二维转台5连接，所述主控计算机4通过网线分别与可见光相机3和偏振成像***6连接，所述可见光相机3和偏振成像***6固定在二维转台5上。
所述定位单元1实时获取地理位置坐标与时间信息，采用深圳市世导通电子科技有限公司的北斗模块GNSS2000，能实时获取地理位置坐标与时间信息，能输出秒脉冲、定位精度为1m、时间精度为1ms。
所述小型气象仪2实时获取当前地理位置的气象信息，包括温度、湿度、气压、能见度、风向风速和雨量的信息。
所述可见光相机3获取环境可见光图像和太阳方位可见光图像。
所述主控计算机4根据定位单元1、小型气象仪2和可见光相机3提供的信息计算太阳天顶角和太阳方位角，分析周边环境特征、能见度和大气状态，得出大气偏振光主方向和最佳成像角度，控制二维转台5和偏振成像***6完成成像。
所述二维转台5承载可见光相机3和偏振成像***6，在主控计算机4的作用下，使可见光相机3和偏振成像***6保持同步运动，调整可见光相机3和偏振成像***6的成像角度。成像角度可以在两个维度调节，包括俯仰角度的调节和水平角度的调节。
所述偏振成像***6采用能完成偏振图像信息采集的偏振相机，采用CCD、CMOS作为成像单元器件，具有0度、45度、90度、135度和圆偏振图像输出。
本实施例提供一种如上所述成像装置的成像方法，所述成像方法包括如下步骤：
S1、将装置安放到需要观测的位置，保证太阳位置方向无遮挡物。为了适应不同工作需要，装置还可设定三种不同的工作模式：第一种，水平自动扫描成像；第二种，俯仰自动扫描成像；第三种，区域自动扫描成像；配合后续的目标识别软件或人为观察偏振图像，可完成环境周围的特定目标的识别工作。
S2、接通装置电源，主控计算机4分别与定位单元1和小型气象仪2通信，获取地理位置坐标与时间信息、当前环境气象信息。
S3、主控计算机4根据地理位置坐标与时间信息计算当前太阳位置，控制二维转台5让可见光相机3指向太阳成像，从成像结果中判断天气晴朗程度、大气光照程度等信息，并控制二维转台5回位。
S4、主控计算机4根据定位单元1、小型气象仪2和可见光相机3提供的信息信息计算太阳天顶角、太阳方位角，结合温度、湿度、大气压、能见度、风向风速和雨量信息，融合分析当前周边环境光场特征，包括大气状态、太阳光主方向和偏振特性、环境背景反射主方向和偏振特性。
S5、主控计算机4控制二维转台5让偏振成像***6进入扫描拍摄状态，并在不同的拍摄角度下调整相机偏振参数，进行偏振补偿，完成扫描拍摄。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read only memory，ROM）、可编程只读存储器（programmable ROM，PROM）、可擦除可编程只读存储器（erasablePROM，EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（electrically EPROM，EEPROM）或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，RAM），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM 可用，例如静态随机存取存储器（static RAM，SRAM）、动态随机存取存储器（dynamic RAM，DRAM）、同步动态随机存取存储器（synchronousDRAM，SDRAM）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data rate SDRAM，DDRSDRAM）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced SDRAM，ESDRAM）、同步连接动态随机存取存储器（synchlink DRAM，SLDRAM）和直接内存总线随机存取存储器（direct rambusRAM，DR RAM）。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，DVD））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，SSD））等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软 件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

Claims (5)

1.一种智能化目标偏振成像装置，其特征在于，包括定位单元（1）、小型气象仪（2）、可见光相机（3）、主控计算机（4）、二维转台（5）和偏振成像***（6）；其中，所述主控计算机（4）通过电缆分别与定位单元（1）、小型气象仪（2）和二维转台（5）连接，所述主控计算机（4）通过网线分别与可见光相机（3）和偏振成像***（6）连接，所述可见光相机（3）和偏振成像***（6）固定在二维转台（5）上；所述定位单元（1）实时获取地理位置坐标与时间信息，所述小型气象仪（2）实时获取当前地理位置的气象信息，包括温度、湿度、气压、能见度、风向风速和雨量的信息，所述可见光相机（3）获取环境可见光图像和太阳方位可见光图像，所述主控计算机（4）根据定位单元（1）、小型气象仪（2）和可见光相机（3）提供的信息计算太阳天顶角和太阳方位角，分析周边环境特征、能见度和大气状态，得出大气偏振光主方向和最佳成像角度，控制二维转台（5）和偏振成像***（6）完成成像，所述二维转台（5）承载可见光相机（3）和偏振成像***（6），在主控计算机（4）的作用下，使可见光相机（3）和偏振成像***（6）保持同步运动，调整可见光相机（3）和偏振成像***（6）的成像角度。
2.根据权利要求1所述的智能化目标偏振成像装置，其特征在于，所述偏振成像***（6）采用能完成偏振图像信息采集的偏振相机，具有0度、45度、90度、135度和圆偏振图像输出。
3.一种如权利要求1-2任一项所述成像装置的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下步骤：
S1、将装置安放到需要观测的位置，保证太阳位置方向无遮挡物；
S2、接通装置电源，主控计算机（4）分别与定位单元（1）和小型气象仪（2）通信，获取地理位置坐标、时间信息和当前环境气象信息；
S3、主控计算机（4）根据地理位置坐标与时间信息计算当前太阳位置，控制二维转台（5）让可见光相机（3）指向太阳成像，从成像结果中判断天气和大气信息，并控制二维转台（5）回位；
S4、主控计算机（4）根据定位单元（1）、小型气象仪（2）和可见光相机（3）提供的信息计算太阳天顶角和太阳方位角，融合分析当前周边环境光场特征；
S5、主控计算机（4）控制二维转台（5）让偏振成像***（6）进入扫描拍摄状态，并在不同的拍摄角度下调整相机偏振参数，进行偏振补偿，完成扫描拍摄。
4.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3所述方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求3所述方法的步骤。
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