偏振成像标量图像对比度增强及优化技术的研究

Polarimetric imaging is based on the acquistion of the polarization information, which can discriminate and identify the light waves with different polarization information and the corresponding objects. This can not be accomplished by other detection methods. This project intends to enhance the contrast of the scalar polarimetric image for the passive and active polarimetric imagings by broadening the bandwidth, and obtain the optimal parameters of the polarimetric imaging system according to the polarization information and the statistics of the noise, leading to the output of the scalar polarimetric image with the optimal contrast. The main research contents include: 1) constructing and calibrating the active/passive convertible polarimetric imaging system; 2) investigating the improved image segmentation algorithm for identifying the contour of the object in the polarimetric imaging; 3) investigating the method of reducing the system noise and detection noise to improve the quality of the polarimetric image; 4) investigating the theoretical model of optimizing the scalar polarimetric image and also the global optimization algorithm for obtaining the optimal paramters of the system; 5）realizing the polarimetric detection and discrimination with low acquisition time and the real-time polarimetric detection and identification of the dynamic object. This project can effectively improve the detection and identification ability of the polarimetric imaging technique, and the results of this project can be directly employed to the fundamental or application researches related to object detection and identification in the fields of defense and civilian, such as military survey, optical remote sensing, medical diagnosis, environmental monitoring, etc.

偏振成像技术基于偏振信息的获取，可以有效区分和识别偏振信息存在差异的光波及其对应的物体，这是其它探测方式所不能胜任的。本项目拟采用扩展带宽的方法增强被动和主动式偏振成像标量图像的对比度，并根据偏振信息以及噪声的统计信息，获得偏振成像系统的最优化参数，实现对比度最佳偏振标量图像的输出。研究内容包括：1）搭建和标定主动/被动两用型偏振成像系统；2）研究用于偏振成像技术中识别物体轮廓的改进型图像分割算法；3）研究降低系统噪声和探测噪声以提高偏振成像质量的方法；4）研究偏振标量图像对比度优化的理论模型，以及获得系统最优化参数的全局最优化算法；5）利用上述系统和方法实现短图像采集时间条件下的偏振探测识别以及对动态目标的实时偏振探测识别。该项目研究可有效提高偏振成像技术的探测和识别能力，其成果可直接应用于国防和民用领域中与目标探测和识别相关的基础及应用研究，如军事侦查、光学遥感、医学诊断、环境监测等。

偏振成像技术基于偏振信息的获取，可以有效区分和识别偏振信息存在差异的光波及其对应的物体，这是其它探测方式所不能胜任的。然而，偏振成像质量受限于偏振信息测量精度和偏振信息处理的方法。本项目针对偏振成像质量提升这一核心目标，开展了偏振图像对比度优化方面的研究。研究内容包括：1）搭建和标定主动/被动两用型偏振成像系统；2）研究降低系统噪声和探测噪声以提高偏振信息测量精度的方法；3）研究偏振标量图像对比度优化的理论模型，以及获得系统最优化参数的全局最优化算法；4）利用上述系统和方法实现多光谱、非均匀照度、散射环境等各类条件下的偏振探测识别。. 本项目取得了以下几方面的重要进展：1）搭建了多种类型的偏振成像系统，包括旋转偏振片和波片以及基于液晶延迟器的偏振成像系统、多光谱偏振成像系统；2）提出了通过扩展带宽增强偏振标量图像的对比度的方法，使得偏振成像技术在低信噪比条件下具有良好的探测效果；3）提出了非均匀照度条件下的偏振图像对比度优化方法，基于偏振成像系统获取的偏振信息对光照强度进行补偿，克服了非均匀照度对偏振成像效果的影响；4）提出了散射环境下的偏振成成像图像复原方法，实现了在散射环境下对模糊图像的清晰偏振成像复原；5）提出了光强测量采集时间优化分配的方法，在总采集时间不变的前提下，提高了偏振信息的测量精度。. 基于上述结果，已正式发表第一标注该项基金资助的相关SCI期刊论文13篇，均为JCR二区论文，包括1篇Optics Letters，7篇Optics Express，4篇IEEE Photonics Journals，1篇Journal of Lightwave Technology；申请国家发明专利10项，其中授权国家发明专利3项。. 本项目研究可有效提高偏振成像技术的探测和识别能力，其成果可直接应用于国防和民用领域中与目标探测和识别相关的基础及应用研究，如军事侦查、光学遥感、医学诊断、环境监测等，同时也可为研制具有自主知识产权和具有国际领先技术水平的高性能偏振成像仪器奠定理论和实验基础。