基于偏振信息的主动激光水下目标成像探测研究

论文摘要

本文以偏振光对目标的探测与识别为研究背景,对目标的偏振激光成像探测开展了研究。当偏振激光照射于物质表面反射时,根据构成物质的材质和结构不同,会产生不同的解偏振作用,基于这个机理进行了水下目标的激光偏振成像研究。首先,论文较全面地概述了国内外解偏振和偏振成像方面的研究,对线偏振光的几种常用描述方法进行了介绍,并对偏振光的测量方法进行了详细分析和讨论,同时还对国内外的退偏振的研究进行阐述和总结,以退偏振研究为重点突破口,并设计了一套能用于退偏振度测量的方法,为后续退偏振方面的研究打下了基础。紧接着,文章对水体散射现象进行了分析,并开展了水体散射实验,从简单的平静水面和波动水面的散射成像图对比出发,对水体散射现象进行研究和思考,提出了用激光主动照明方式进行成像探测的思路。为了进一步开展散射退偏振的研究,用偏振度测量法对激光源的线偏振度进行实验测量,得到了较好的实验结果,为后续散射退偏振研究提供了数据支撑。最后对设计的实验目标进行偏振成像实验,分别对处于非水中的目标和处于水体中的目标进行成像探测,并对实验图像进行了对比研究,得出偏振探测能在一定程度上提高图像对比度的结论。为了进一步提高图像识别能力,通过对所获得的实验图像进行分析,使用MATLAB软件编程对偏振夹角为90度的水下实验图像进行处理,获得了较好的识别效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的科学意义及研究的应用前景
• 1.1.1 课题研究意义
• 1.1.2 课题研究的应用前景分析
• 1.2 偏振激光探测技术的国内外研究概况
• 1.2.1 国内研究概况
• 1.2.2 国外研究概况
• 1.3 本论文主要研究内容
• 2 偏振检测理论及偏振光检测方法
• 2.1 偏振光的基本概念及定义
• 2.2 偏振光的定量描述
• 2.2.1 琼斯矢量法
• 2.2.2 斯托克斯矢量法
• 2.3 偏振参数的测量
• 2.4 退偏振的定义
• 2.4.1 退偏振因子表示法
• 2.4.2 正交分量相对光强表示法
• 2.4.3 同向退偏振与交叉退偏振表示法
• 2.4.4 基于斯托克斯矢量的MUELLER矩阵表示法
• 2.5 本章小结
• 3 激光在水体中散射退偏振分析
• 3.1 水体散射存在性分析
• 3.2 散射效应的分类
• 3.2.1 单次散射
• 3.2.2 多次散射
• 3.3 光源线偏振度测量实验
• 3.3.1 测量方法选择
• 3.3.2 实验仪器介绍
• 3.3.3 实验结果与讨论
• 3.4 水体散射退偏振分析实验
• 3.4.1 实验原理
• 3.4.2 实验实物图如下所示
• 3.4.3 实验结果与处理分析
• 3.5 本章小结
• 4 水下偏振成像实验研究
• 4.1 水下成像模糊的原因与解决方法
• 4.2 偏振成像对比
• 4.2.1 偏振对比实验Ⅰ
• 4.2.2 偏振对比实验Ⅱ
• 4.2.3 偏振对比实验Ⅲ
• 4.2.4 偏振对比实验Ⅳ
• 4.3 水下偏振成像提高对比度实验
• 4.3.1 实验原理
• 4.3.2 水下成像实验
• 4.4 本章小结
• 5 基于偏振图像的增强处理
• 5.1 数字图像处理主要内容
• 5.2 直方图调整增强
• 5.2.1 直方图均衡化
• 5.2.2 直方图规定化
• 5.2.3 实验图像增强
• 5.3 小波分析增强
• 5.3.1 小波变换介绍
• 5.3.2 二维小波分解算法
• 5.3.3 基于小波分析的图像处理
• 5.4 图像去噪
• 5.4.1 直方图调整后的图像去噪
• 5.4.2 未经处理的实验图像去噪
• 5.5 MATLAB和VC的连接
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录