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《北京理工大学》 2016年
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双CCD同时偏振成像系统及其偏振信息处理软件系统

王亚慧  
【摘要】:光波的信息非常丰富,可以探测景物光波偏振态的技术称为偏振成像技术,在同一时间内获得景物不同偏振状态的偏振成像技术称为同时偏振成像技术。由于光辐射经过物体表面反射之后,其偏振状态会发生改变,而这种改变与反射面的材料、粗糙程度、几何面型等物理特性密切相关。因此在军事侦查、医疗检测、空间探测、材料验收,气象科学、海洋特性分析等领域得到了广泛的应用。水下目标探测技术是我国海洋经济发展和海疆国防技术发展急需的关键技术,但海浪波纹使水下目标成像发生畸变。为解决机载水下成像的目标畸变问题,本文研究了双CCD同时偏振成像系统(SIP-DSWP,Simultaneous Imaging Polarimetry with Double Separate Wallaston Primes)及其偏振信息提取方法,为实时获取海浪波的偏振信息,提取海洋波的几何面型,解决机载水下探测中水下目标畸变问题奠定基础。本文在介绍偏振成像原理和同时偏振成像系统进展的基础上,重点论述了SIP-DSWP的光机结构设计;提出了适合SIP-DSWP的偏振图像处理方法,包括基于形态学的偏振图像分割算法和基于重采样的高精度相位相关偏振图像配准算法;利用分区的E-P定标法标定了SIP-DSWP系统的仪器矩阵;在Windows环境下基于C++语言编写了SIP-DSWP系统的偏振信息软件处理系统,并利用QT设计了软件处理系统的人机交互界面。结合SIP-DSWP硬件系统的偏振成像实验结果表明:SIP-DSWP硬件系统结构紧凑、分光效果良好、对一般户外环境具有适应性;偏振图像分割算法能对不同距离下采集的偏振图像进行自适应分割,配准图像算法的精度能达到0.1个像素;仪器矩阵定标方法有效地提高了偏振图像信息的探测精度。SIP-DSWP硬件系统和软件系统构成一个整体,实现了从偏振图像的同步采集到偏振信息的提取等一系列功能,使目标偏振信息的提取方便易操作。
【关键词】:同时偏振成像系统 偏振信息提取 软件系统 仪器矩阵定标 图像配准 图像分割
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP391.41;O436.3
【目录】:
  • 摘要5-6
  • abstract6-11
  • 第1章 绪论11-25
  • 1.1 研究目的和意义11-12
  • 1.2 同时偏振成像技术国内外研究现状12-23
  • 1.2.1 偏振成像原理13-15
  • 1.2.2 偏振成像技术国外研究进展15-20
  • 1.2.3 偏振成像技术国内研究进展20-23
  • 1.3 论文的研究内容及章节安排23-25
  • 第2章 双CCD同时偏振成像硬件系统设计25-34
  • 2.1 分光原理及光路设计25-26
  • 2.2 系统光学参数计算及器件选型26-29
  • 2.3 系统装配29-33
  • 2.4 小结33-34
  • 第3章 偏振图像处理方法研究34-43
  • 3.1 偏振图像预处理34-35
  • 3.2 偏振图像的分割35-37
  • 3.3 偏振图像的配准37-42
  • 3.3.1 偏振图像配准算法选择38-39
  • 3.3.2 相位相关法原理39
  • 3.3.3 图像重采样方法39-40
  • 3.3.4 运用重采样和相位相关法对偏振图像进行配准40-41
  • 3.3.5 配准实验结果41-42
  • 3.4 小结42-43
  • 第4章 双CCD同时偏振成像系统仪器矩阵定标43-48
  • 4.1 仪器矩阵定标原理43-45
  • 4.1.1 四点定标方法43-44
  • 4.1.2 E-P定标法44-45
  • 4.2 双CCD同时偏振成像系统仪器矩阵的标定45-47
  • 4.2.1 仪器矩阵定标流程45-47
  • 4.3 小结47-48
  • 第5章 双CCD同时偏振成像软件系统设计48-61
  • 5.1 软件系统整体功能与界面设计48-50
  • 5.2 软件系统开发环境以及开发工具50
  • 5.3 相机控制-图像采集模块功能设计50-56
  • 5.3.1 相机参数设置50-53
  • 5.3.2 相机同步采集模式设置53-54
  • 5.3.3 图像保存模式设置54
  • 5.3.4 图像采集界面54-56
  • 5.4 偏振图像处理模块56-59
  • 5.5 仪器矩阵定标和偏振信息提取模块59-60
  • 5.6 小结60-61
  • 第6章 偏振成像实验及结果分析61-77
  • 6.1 双CCD同时偏振成像硬件系统测试61-64
  • 6.2 双CCD同时偏振成像软件系统测试64-66
  • 6.3 图像分割、配准算法测试66-68
  • 6.4 仪器矩阵定标数据分析68-74
  • 6.5 偏振信息的解算和显示74-75
  • 6.6 小结75-77
  • 总结与展望77-79
  • 参考文献79-82
  • 附录1 软件设计关键代码82-91
  • 附录2 仪器矩阵标定原始图像和数据91-103
  • 附录3 同时偏振成像软件系统使用说明书103-109
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单109-110
  • 致谢110

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