一種基于偏振遙感探測的波浪水面太陽耀光剝離方法技術

一種基于偏振遙感探測的波浪水面太陽耀光剝離方法，它有四大步驟：步驟一：選擇合適的時間與地點進行水面偏振遙感試驗；步驟二：選擇合適的儀器進行波浪水面太陽耀光區時間序列偏振圖像獲?。翰襟E三：波浪水面太陽耀光區偏振圖像處理：步驟四：波浪水面太陽耀光的剝離。本發明專利技術是一種便捷、高效的波浪水面太陽耀光校正方法，具有精度高、實時性好，不造成影像數據丟失、不依賴于探測角度選擇等諸多優點，對于海面艦船動態監測、水下目標探測與水色遙感等領域具有非常重要的應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于遙感數據 處理方法與應用
，在海面目標探測與跟蹤和水環境遙感數據定量化應用方面具有 非常重要的意義。
技術介紹
平靜的水面可以被近似地看作一面鏡子，當太陽光入射時，在與入射方向關于法 線對稱的反射方向上形成強烈的反射輻射，形成太陽耀光。當水面存在波浪時，水面形成傾 角，在海浪的頂端形成閃光點，形成更大范圍的太陽耀光區。太陽耀光具有很大的輻射強 度，當遙感器直接觀測太陽耀光區時，容易出現飽和現象。因此對于水色遙感而言，水面反 射的太陽耀光掩蓋了水體物質對入射光的散射信息。為了精確分離離水輻亮度，需要在遙 感器所接收的總輻射量中扣除水面反射光的影響。對于海面目標監測與跟蹤而言，當艦船 淹沒在海面耀光背景當中時，會導致艦船目標和背景海面難以區分。水面反射光的消除是 水體遙感領域一個基礎的但尚未解決的問題。對于太陽耀光的處理，目前主要采取“回避”與“剔除”兩種策略。所謂“回避”，就 是在傳感器探測時盡可能回避存在嚴重太陽耀光的區域。海洋水色衛星傳感器一般具有調 整傾角的能力，采取沿軌前后傾斜(0° ±20° )掃描的方法避開太陽耀光。航空遙感則 通過設計合理的飛行路線和選擇合適的時間，控制傳感器的視向來盡可能避開太陽耀光。 在水面光譜測量時，通常選擇適當的觀測幾何以盡量避免在某一太陽方位角時太陽耀光的 干擾。所謂“剔除”，就是將遙感影像中受太陽耀光污染嚴重的像素通過閾值法將其剔除，不 參與后續的信息提取。但大量像素因太陽耀光的污染而被剔除會造成很多數據空白區。從 提高水色遙感數據利用率的角度出發，應該研究不損失離水輻射的太陽耀光的剝離方法。 如果能借助于某種技術手段在傳感器探測時將水面反射光剝離，就可以直接獲取水色遙感 的基本的物理量一離水輻亮度，從而可以減少或完全消除水面反射光的估算不準給后續 水質參數反演帶來的不確定性。對于基于光學遙感的海面目標監測與跟蹤，當目標物被太 陽耀光所掩蓋時，就無法對目標物進行跟蹤與鎖定。水面反射光具有顯著的偏振效應，當太陽光以氣一水界面的布儒斯特角入射時， 反射光為垂直入射面的線偏振光，可利用該特性減少水面反射光的干擾。在傳感器前使用 檢偏器，調節檢偏器的方位角，讓偏振方位角與反射光的偏振方向相互垂直，此時由于偏振 片的阻光作用，反射光全部不能通過偏振片，這樣就可以在不受太陽反射光影響的情況下， 接收到大氣散射和水體散射或水面目標物反射的信息。利用該方法可以有效地減弱水面太 陽耀光對于水上目標的探測影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，它克 服了布儒斯特角探測對觀測角度的依賴性與局限性，是一種簡單、高效的方法。本專利技術的技術解決方案是設置典型的波浪水面太陽耀光場景，選擇典型的目標 物與合適的觀測角，基于LCVR的偏振成像探測儀進行波浪水面偏振成像探測，得到不同相 位延遲量的偏振強度圖像。對獲取的不同相位延遲量的偏振強度圖像通過對定標的儀器矩 陣求逆，解算出四個Stokes參量與偏振度與偏振角圖像?；跁r間序列分析、頻率域降噪 與圖像融合等相關數據處理技術，對波浪水面太陽耀光區偏振圖像進行處理，實現波浪水 面目標與太陽耀光背景的分離，從而達到波浪水面太陽耀光剝離的目的。本專利技術，其具體步驟如下步驟一選擇合適的時間與地點進行水面偏振遙感試驗；步驟二 選擇合適的儀器進行波浪水面太陽耀光區時間序列偏振圖像獲取設 置典型的波浪水面太陽耀光場景，選擇典型的目標物，利用基于LCVR(Liquid Crystal Variable Retarder,液晶相位可變延遲器)的偏振成像探測儀進行波浪水面偏振成像探 測，得到不同相位延遲量的偏振強度圖像；步驟三波浪水面太陽耀光區偏振圖像處理對獲取的不同相位延遲量的偏振強 度圖像進行處理，計算得到四個StOkes參量與偏振度、偏振角圖像；步驟四波浪水面太陽耀光的剝離基于時間序列分析與圖像融合等相關數據處 理技術，計算得到分離太陽耀光背景下的目標物。其中，步驟一中所述的“選擇合適的時間與地點進行水面偏振遙感試驗”，其中，選 擇合適的時間是指天氣條件，要求天氣晴朗，確保有較強的太陽直射光入射到水面，能在水 面形成太陽耀光；選擇合適的地點，要求水面開闊，周邊沒有大型建筑與樹木等遮擋，確保 在太陽高度角低時也能進行試驗；此外，水面具有一定的波浪，能形成較大范圍的太陽耀光 區。其中，步驟二中所述的“選擇合適的儀器進行波浪水面太陽耀光區時間序列偏振 圖像獲取”，是利用偏振成像多光譜探測儀在水面對太陽耀光區進行探測，要求目標物部分 或完全被太陽耀光掩蓋(即目標物處于太陽耀光覆蓋區)。其中，步驟二中所述的“選擇合適的儀器進行波浪水面太陽耀光區時間序列偏振 圖像獲取”，要求或者采用基于LCVR原理設計偏振成像多光譜探測儀，能實現多個相位延遲 的快速拍攝，或者采用機械旋轉偏振片的探測器，要求具有快速的切換偏振片方位角的功 能，從而能實現偏振探測器的連續拍攝，時間差在毫秒級，以至于研究對象不發生太大的空 間位置移動。此外還要求偏振探測器能根據太陽高度角的變化，相應地改變探測角，確保儀 器能撲捉太陽耀光區域。其中，步驟二中所述的“波浪水面太陽耀光區時間序列偏振圖像獲取”，要求采用 的偏振成像光譜儀具有較大的動態探測范圍，針對太陽耀光探測時不易飽和；同時要求偏 振探測儀具有積分時間調節功能，能夠根據入射光的強度與觀測角調節合適的積分時間， 以至于整幅圖像不至于完全飽和。其中，步驟三中所述的“波浪水面太陽耀光區偏振圖像處理”，要求偏振成像探測 儀經過嚴格的偏振定標、輻射定標與光譜定標。能夠將獲取的四個不同相位延遲下的偏振 強度圖像，通過反演計算得到該實驗場景的四個Stokes參量圖像與偏振度圖像及偏振角 圖像。其中，步驟四中所述的“波浪水面太陽耀光的剝離”，是將四幅具有不同相位延遲的偏振強度圖像行傅里葉變換到頻率域，在頻率域進行低通濾波降噪處理，再進行傅里葉 反變換得到空間域圖像，將處理后的圖像進行融合，得到合成后的圖像。要求四個偏振強度 圖像的飽和區域不能覆蓋目標物區域的一半以上面積比例。本專利技術與現有技術相比的優點在于(I)本專利技術通過基于偏振遙感探測的波浪水面太陽耀光剝離方法可以消除 50%-100%的反射光，在很大程度上削弱了太陽耀光的強度，縮小了圖像飽和區域的范圍； 而常規處理太陽耀光方法中，航空遙感需要通過設計合理的飛行路線和選擇合適的時間， 控制傳感器的視向來盡可能避開太陽耀光，而本專利技術的方法對此沒有要求，不受飛行路線 與觀測時間的限制。國際上部分海洋水色衛星傳感器具有調整傾角的能力，采取沿軌前后 傾斜(0° ±20° )掃描的方法避開太陽耀光。但部分水色衛星并不具備軌道傾斜探測 能力(如中國的HY-1衛星)，而且對于綜合型衛星平臺(非水色專題衛星)搭載多種遙感探測 器，為了兼顧其它探測器的需求，通常也不具備姿態傾斜觀測能力，因此，所探測到的圖像 受太陽耀光的污染是不可避免的。對于太陽耀光污染區，常規的處理是采用“剔除”方法， 將遙感影像中受太陽耀光污染嚴重的像素通過閾值法將其剔除，不參與后續的信息提取。 但大量像素因太陽耀光的污染而被剔除會造成很多數據空白區，降低了遙感圖像的可利用 率，造成了遙感數據的不完整性。本方法通過偏振消光，可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于偏振遙感探測的波浪水面太陽耀光剝離方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：步驟一：選擇合適的時間與地點進行水面偏振遙感試驗；步驟二：選擇合適的儀器進行波浪水面太陽耀光區時間序列偏振圖像獲?。涸O置典型的波浪水面太陽耀光場景，選擇典型的目標物，利用基于LCVR即液晶相位可變延遲器的偏振成像探測儀進行波浪水面偏振成像探測，得到不同相位延遲量的偏振強度圖像；步驟三：波浪水面太陽耀光區偏振圖像處理：對獲取的不同相位延遲量的偏振強度圖像進行處理，計算得到四個Stokes參量與偏振度、偏振角圖像；步驟四：波浪水面太陽耀光的剝離：基于時間序列分析與圖像融合相關數據處理技術，計算得到分離太陽耀光背景下的目標物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周冠華，趙慧潔，徐武健，牛春躍，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：