偏振去雾成像原理简介

  目前,国内外对于透过随机散射介质实现成像的研究与探索,目前主流技术主要分为两大类:
1、图像处理去雾技术,主要对传统光学成像设备所采集到的图像进行增强或复原操作,从而实现提高图像质量的效果

2、光学系统改进技术,通过对光学成像系统的改造和成像算法的优化,减小散射介质对成像质量的影响

通常描述光的偏振信息时,采用斯托克斯参量(S0,S1,S2,S3),S0表示光的总强度;S1 表示 0º与90º线偏振光分量之差;S2 表示 45º与 135º线偏振光分量之差;S3表示右旋与左旋圆偏振光分量之差。

由于在自然界大气背景及目标物对太阳光反射的偏振效应中,圆偏振分量极少,因此通常假定S3=0。

雾霾气象条件下,到达探测器的光强主要包括两部分:

1、场景目标的反射光,也称直接透射光,包含了场景目标的强度信息
2、由雾霾颗粒散射导致的杂散光,也称大气光是雾霾环境中光学成像的主要干扰因素

到达探测器的总光强是直接透射光强和大气光强的非相干叠加,表示为:
                                             I=L*t+A∞(1-t)
其中 t=exp(-β*z) 表示透过率,β为衰减系数,z为距离
达到探测器的大气光强表示为:A=A∞(1-t)
上述式子变形后可以得到目标反射光强的表达式:L=(I-A)/(1-A/A∞)
利用光学设备对同一场景采集偏振方向为0°、45°、90°、135°的4幅图像,分别记作I(0)、I(45)、I(90)和I(135),计算得到斯托尅矢量:S0,S1,S2,进而计算得出个像素点的偏振度及偏振角

选择出现概率最大的偏振角值作为大气光偏振角,从满足大气光偏振角的像素中计算偏振度,选取最大值为大气光偏振度。


结合式子L=(I-A)/(1-A/A∞),进而得到得到目标反射光强,实现去雾操作。





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