專利名稱：偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及偏振視覺系統(tǒng)領域，具體涉及一種偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法。
背景技術：
偏振視覺系統(tǒng)的應用越來越廣泛，如偏振識別、偏振導航，這類偏振視覺系統(tǒng)通過多幅已知透振方向的偏振圖像，求取偏振光的stokes矢量或E矢量，作為特征進行目標識別或導航。這類視覺系統(tǒng)對偏振鏡的透振方向沒有特別的要求。偏振視覺另外一個重要的用途是減弱或消除雜散光對成像的影響。
很多被檢測物體的表面會發(fā)出雜亂的眩光或環(huán)境中存在強的逆光，如透過水面或玻璃拍攝物體、對金屬表面進行視覺檢測、車載視覺或交通監(jiān)控系統(tǒng)對面的車打強光燈、雨天的視覺監(jiān)控系統(tǒng)等等，這對視覺檢測會產生非常嚴重的負面影響。為了減弱或者消除雜散光、眩光、逆光等干擾，目前很多應用場合采用在鏡頭前面搭配偏振鏡來解決問題。為了達到最好的使用效果，需要旋轉偏振鏡片，選擇最好的偏振透振方向。而對于不同的場合透振方向角是不同的，即便對同一場合透振方向角也是隨著目標或光源的不同而實時發(fā)生改變的。而對于動態(tài)場景，是不允許花過多的時間調整偏振鏡片的透振方向。為了削弱雜散光的影響，現(xiàn)有的偏振視覺系統(tǒng)是通過如下2種方式確定偏振鏡片的透振方向(I)旋轉偏振鏡片，觀察成像效果，從而確定最好的透振方向。(2)根據(jù)先驗知識，確定偏振鏡的透振方向，如司機佩戴的偏振太陽鏡。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有偏振視覺系統(tǒng)無法快速客觀地確定偏振鏡透振方向的缺陷，本發(fā)明提供了一種能夠提高成像質量，使得目前的偏振系統(tǒng)使用更加方便，應用更加廣泛的偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法，其特征在于，包括以下步驟I)利用任意三幅偏振鏡的已知透振方向的偏振圖像，合成任意透振方向的偏振圖像；當偏振圖像的透振方向與參考方向(選定的0°方向)夾角為Θ時，任意透振方向的偏振圖像可表示為1{θ)=丄 / + 丄Ocos 26* + 丄"sin 2Θ
2 2~2(I)I、Q、U為偏振圖像的Stokes矢量，I ( Θ )代表偏振圖像在Θ透振方向時出射光的光強，I表不總光強，Q表不X軸方向與Y軸方向偏振圖像分量之差，U表不±45°方向偏振圖像分量之差；(I)利用偏振裝置采集某場景三幅不同透振方向的偏振圖像，假設三幅已知透振方向的偏振圖像的透振方向與參考方向的夾角分別為θ:、θ2、Θ 3，相應的偏振圖像分別為
I(Θ!) > I (Θ 2) > I (Θ 3)；(2)對偏振圖像進行配準由于，同一場景多幅偏振圖像的采集不是同一時刻的，場景中有運動目標或采集設備的震動會使得視場會輕微變化，因此采集的三幅圖像并不嚴格一致，如果三幅圖像不對準，將會給后面的計算stokes矢量帶來誤差，因此，需要先對偏振圖像進行配準(如果成 像系統(tǒng)非常穩(wěn)定，此步驟可以省略)；假設I(Q1)為參考圖像，Ι(θ2)和Ι(θ3)為待配準圖像，相對于I(Q1),假設I(Q2)被平移(χ0, y0)，被旋轉0 C1角度；①平移配準參考圖像I ( Θ D記為I1U, y),待配準圖像I ( Θ 2)記為I2 (X，y)即I2(XJ)=I1(X-X0JI0)(2)則2幅圖像對應的傅里葉變換有如下關系FI2 =FI1 · e咖(wa+%j。)(3)由傅里葉變換的平移性質知，信號在空間域的平移對應于其在頻域的相位移，這兩幅圖像的相位差就等于它們互功率譜的相位，歸一化互功率譜計算如下FVF/2⑷其中，F(xiàn)I1是I1的傅里葉變換，F(xiàn)I2是I2傅里葉變換的復共軛，通過對互功率譜進行傅里葉逆變換得到一個脈沖函數(shù)δ (X-X(l，y-yci)，該函數(shù)的極值點位置就是對應的平移量(XoJo)；②旋轉配準I1 (x, y)存在旋轉，則要先計算出旋轉角度并且得到補償之后才能進行平移計算；假設I2(x，y)是I1Uy)旋轉Qtl后得到的圖像，根據(jù)傅里葉變換的旋轉性質，旋轉一幅圖像，在頻域相當于對其傅里葉變換作相同角度的旋轉，MpM2為FIpFI2功率譜，滿足如下關系M2 (X，y) =M1 (xcos Θ 0+ysin Θ 0, -xsin θ 0+ycos θ 0)(5)為了突出圖像中的高頻信息，對傅里葉變換的功率譜％、M2取對數(shù)運算，通過雙線性插值將其轉換到極坐標下M2 ( P，Θ ) =M1 ( P，θ - Θ )(6)這樣把直角坐標下求旋轉量轉換為極坐標下求平移量，采用平移配準介紹的方法即可求得Θ。；(3)只要求解出偏振圖像的Stokes矢量I、Q、U,將求解Stokes矢量帶入式(I),就可求得任意透振方向的偏振圖像I ( Θ );對偏振圖像的Stokes矢量I、Q、U的主要求解過程為
采用分水嶺算法對偏振圖像進行過分割，假設在每個分割塊內的所有點的Stokes矢量是相同的，利用最小二乘法，使誤差平方和最小，從而求解Stokes矢量；2)采用圖像清晰度評價函數(shù)對合成的偏振圖像進行評價；用圖像對比度來衡量圖像是否清晰，統(tǒng)計各個透振方向的偏振圖像的對比度，采用統(tǒng)計圖像水平、垂直和對角方向梯度表示圖像對比度，圖像對比度公式如下
權利要求
1 . 一種偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法，其特征在于，包括以下步驟 I)利用任意三幅偏振鏡的已知透振方向的偏振圖像，合成任意透振方向的偏振圖像； 當偏振圖像的透振方向與參考方向(選定的0°方向)夾角為0時，任意透振方向的偏振圖像可表示為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振視覺系統(tǒng)中自適應確定偏振鏡的最佳透振方向的方法，通過任意三幅已知透振方向的偏振圖像，合成任意透振方向的偏振圖像，通過對這些偏振圖像進行清晰度的評價，從而為偏振視覺系統(tǒng)確定最佳的透振方向。本發(fā)明提供了一種廉價、客觀、方便的方法，解決了現(xiàn)有偏振視覺系統(tǒng)中偏振鏡方向難以確定的問題；而且確定了最佳透振方向后，可以最大程度消除雜散光影響，大大地提高成像質量。
文檔編號G06T7/00GK102663768SQ20121014401
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者何艷, 姚宏亮, 方帥, 李俊照, 王浩, 秦彤 申請人:合肥工業(yè)大學