CN105551009A - 一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法 - Google Patents

Abstract

一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，本发明涉及基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法。本发明是目前连续太赫兹共焦扫描偏振成像中成像效率较低以及成像质量较差的问题。具体是按照以下步骤进行的：步骤一：对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，得到P₁；步骤二：对步骤一中得到的P₁以及连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的总强度I进行插值操作，得到P₂和I₂；步骤三：对步骤二中得到的P₂和I₂进行校正操作，得到P₃和I₃；步骤四：对步骤三中得到的P₃和I₃进行加权融合，得到IP。本发明应用于偏振成像图像处理技术领域。

Description

一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法

技术领域

本发明涉及基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz)辐射通常指的是频率在0.1-10THz范围内的电磁辐射，此波段内的电磁辐射可以穿透大多数非金属非极性物质。

偏振成像(polarizationimaging)是一种通过与物质发生相互作用后的光束的偏振信息来获得物体的偏振特性图像的技术。它可以提取出物体表面各向异性特性的信息，从而在一定程度上可以提高普通成像的质量。

图像融合(imagefusion)是一种将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据综合起来的技术。它可以最大限度的提取各自信道中的有利信息，以提高图像信息的利用率。

截至目前，已有可见光等波段偏振成像图像融合方面的研究，而连续太赫兹共焦扫描偏振成像图像融合方法则未见报导。由于太赫兹辐射的特殊性，图像融合的常规算法诸如空间滤波、频域滤波等在太赫兹波段难以奏效；并且上述常规算法往往需要基于经验的考虑来选取参数，难以实现图像的自动化处理，有一定的局限性。另外连续太赫兹共焦扫描偏振成像效率较低，为获得足够好的图像质量，需要采取大量的点，耗时较长，因而它的应用受到一定的限制。

发明内容

本发明是为了解决目前连续太赫兹共焦扫描偏振成像中成像效率较低以及成像质量较差的问题，而提出的一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法。

一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法按以下步骤实现：

步骤一：对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，得到P₁，P₁为对比度拉伸操作后的P；

步骤二：对步骤一中得到的P₁以及连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的总强度I进行插值操作，得到P₂和I₂，P₂为插值操作后的P₁，I₂为为插值操作后的I；

步骤三：对步骤二中得到的P₂和I₂进行校正操作，得到P₃和I₃，所述P₃为校正操作后的P₂，I₃为校正操作后的I₂；

步骤四：对步骤三中得到的P₃和I₃进行加权融合，得到IP，所述IP为目标扫描图。

发明效果：

本发明实现了自动选取参数对太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，太赫兹光的偏振度P的直方图分布地更为均匀，有效地提高了它的对比度。对偏振分量I、P的插值操作弥补了太赫兹共焦扫描成像效率较低的缺点，可以通过减少扫描点数来减少扫描时间，再通过插值操作来提高图像的质量。对I、P进行的加权融合，充分利用了物体表面偏振情况和太赫兹波本身的信息。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明方法中太赫兹光的偏振度P的原始图像；

图3为本发明方法中对太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸后得到的P₁的图像；

图4为本发明方法中对P₁进行插值操作后得到的P₂的图像；

图5为本发明方法中太赫兹光的总强度I的原始图像；

图6为本发明方法中对太赫兹光的总强度I进行插值操作后得到的I₂的图像；

图7为本发明方法中对P₂进行校正操作后得到的P₃的图像；

图8为本发明方法中对I₂进行校正操作后得到的I₃的图像；

图9为本发明方法中对I₃和P₃进行加权融合后得到的IP的图像。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法包括以下步骤：

步骤一：对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，得到P₁，P₁为对比度拉伸操作后的P；

步骤二：对步骤一中得到的P₁以及连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的总强度I进行插值操作，得到P₂和I₂，所述I为太赫兹光的总强度，P₂为插值操作后的P₁，I₂为为插值操作后的I；

步骤三：对步骤二中得到的P₂和I₂进行校正操作，得到P₃和I₃，所述P₃为校正操作后的P₂，I₃为校正操作后的I₂；

步骤四：对步骤三中得到的P₃和I₃进行加权融合，得到IP，所述IP为(最终得到的)目标扫描图，它结合了I和P分量各自的优点。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述步骤一中得到P₁的具体过程为：

将连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P的灰度级归一化至[0,1]区间内，求取P的归一化直方图p(r_k)，然后根据p(r_k)求取归一化直方图累加和s(r_k)，计算公式如下：

$p\left(r_k\right)=\frac{n_k}{n}---\left(1\right)$

$s\left(r_k\right)=\underset{j=1}{\overset{k}{\Σ}}p\left(r_j\right)---\left(2\right)$

其中所述k为灰度级的级数，k＝1,2,…,L，L为[0,1]区间含有的总灰度级数，r_k为第k级亮度，n为P含有的像素数，n_k为灰度级为r_k的图像P中的像素数；

求取s(r_k)＝0.4时r_k的值，对偏振分量图像P进行对比度拉伸操作，将[a,1]区间线性映射到[0,1]区间，计算公式如下：

$P_1(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{P(i,j)-r_k}{1-r_k}& P(i,j)>r_k\\ 0& P(i,j)\≤r_k\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中(i,j)为像素点的坐标，P(i,j)为坐标为(i,j)时的太赫兹光的偏振度，P₁(i,j)为对比度拉伸操作后的P(i,j)。通过此操作便提高了偏振分量图像P的对比度。

对于一般的物体，连续太赫兹波照射在其表面反射后的光的退偏化程度较低，这会导致偏振分量图像P大部分区域的值接近1，对比度比较低。通过这一步所述的算法，可以舍弃40％的低灰度值部分，拉伸高灰度值部分，来提高图像的对比度。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中得到P₂和I₂的具体过程为：

根据需要选取放大倍数为n，1≤n≤10，对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的偏振分量图像I以及步骤一中得到的P₁进行双三值插值操作，得到P₂和I₂。

由于太赫兹共焦扫描偏振成像效率较低，为获得足够好的图像质量，需要采取大量的点，耗时较长。可以在成像时采取少量的点，减少成像时间，再对图像进行双三值插值操作，提高成像质量，这样便充分提高了效率。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中得到P₃和I₃的具体过程为：

利用Sobel检测器对步骤二中得到的I₂进行边缘检测，根据边缘检测的结果计算图像需要旋转的角度，对步骤二中得到的P₂和I₂进行双三值插值旋转操作，得到P₃和I₃，来校正图像。

在太赫兹共焦扫描偏振成像中，很难保证物体正对着太赫兹光束，这样最终所成的图像会有一定程度的倾斜。可以通过边缘检测获得边缘的信息，计算出倾斜的角度，然后将图像旋转来实现校正。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤四中得到IP的具体过程为：

对第三步中得到的P₃和I₃进行3：7的加权融合，公式如下：

IP＝0.3I₃+0.7P₃(4)。

实施例一：

步骤一：对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，得到P₁，所述P为太赫兹光的偏振度，P₁为对比度拉伸操作后的P；

将连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P的灰度级归一化至[0,1]区间内，求取P的归一化直方图p(r_k)，并根据p(r_k)求取归一化直方图累加和s(r_k)，计算公式如下：

$p\left(r_k\right)=\frac{n_k}{n}---\left(1\right)$

$s\left(r_k\right)=\underset{j=1}{\overset{k}{\Σ}}p\left(r_j\right)---\left(2\right)$

求取s(r_k)＝0.4时r_k的值，对太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，将[r_k,1]区间线性映射到[0,1]区间，计算公式如下：

$P_1(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{P(i,j)-r_k}{1-r_k}& P(i,j)>r_k\\ 0& P(i,j)\≤r_k\end{array}\right.---\left(3\right)$

图2为太赫兹光的偏振度P的原始图像，计算得到参数r_k的值为0.86，图3为对太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸后得到的P₁的图像，可以看出，经基于归一化直方图的对比度拉伸操作，“BeLLE”字样可以清楚分辨出来。

步骤二：对步骤一中得到的P₁以及连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的总强度I进行插值操作，得到P₂和I₂，所述I为太赫兹光的总强度，P₂为插值操作后的P₁，I₂为为插值操作后的I；

选取放大倍数为n，1≤n≤10，对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的偏振分量图像I以及步骤一中得到的P₁进行双三值插值操作，得到P₂和I₂。

图4为对P₁进行插值操作后得到的P₂的图像，图5为偏振分量I的原始图像，图6为对偏振分量I进行插值操作后得到的I₂的图像，放大倍数n被选为3。可以看出，经双三值插值操作后，“BeLLE”字样变得平滑。

步骤三：对步骤二中得到的P₂和I₂进行校正操作，得到P₃和I₃，所述P₃为校正操作后的P₂，I₃为校正操作后的I₂；

对步骤二中得到的I₂进行边缘检测，计算图像需要旋转的角度，对步骤二中得到的P₂和I₂进行双三值插值旋转操作，得到P₃和I₃。

图7为对P₂进行校正操作后得到的P₃的图像，图8为对I₂进行校正操作后得到的I₃的图像，计算得到旋转角度为-3°。经校正后，“BeLLE”字样变得近似水平。

步骤四：对步骤三中得到的P₃和I₃进行加权融合，得到IP。

对第三步中得到的P₃和I₃进行3：7的加权融合，公式如下：

IP＝0.3I₃+0.7P₃(4)。

图9为对I₃和P₃进行加权融合后得到的IP的图像。可以看出，经加权融合后，最终得到图像中校正与偏振分量图像I、P字母变得较为清晰，字母“B”和“e”都得到了一定增强。

Claims (5)

1.一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，其特征在于，所述图像融合方法包括以下步骤：

步骤一：对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，得到P₁，P₁为对比度拉伸操作后的P；

步骤二：对步骤一中得到的P₁以及连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的总强度I进行插值操作，得到P₂和I₂，P₂为插值操作后的P₁，I₂为为插值操作后的I；

步骤三：对步骤二中得到的P₂和I₂进行校正操作，得到P₃和I₃，所述P₃为校正操作后的P₂，I₃为校正操作后的I₂；

步骤四：对步骤三中得到的P₃和I₃进行加权融合，得到IP，所述IP为目标扫描图。

2.根据权利要求1所述的一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，其特征在于所述步骤一中得到P₁的具体过程为：

将连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的太赫兹光的偏振度P的灰度级归一化至[0,1]区间内，求取P的归一化直方图p(r_k)，并根据p(r_k)求取归一化直方图累加和s(r_k)，计算公式如下：

$p\left(r_k\right)=\frac{n_k}{n}---\left(1\right)$

$s\left(r_k\right)=\underset{j=1}{\overset{k}{\Σ}}p\left(r_j\right)---\left(2\right)$

其中所述k为灰度级的级数，k＝1,2,…,L，L为[0,1]区间含有的总灰度级数，r_k为第k级亮度，n为P含有的像素数，n_k为灰度级为r_k的太赫兹光的偏振度P中的像素数；

求取s(r_k)＝0.4时r_k的值，对太赫兹光的偏振度P进行对比度拉伸操作，将[r_k,1]区间线性映射到[0,1]区间，计算公式如下：

$P_1(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{P(i,j)-r_k}{1-r_k}& P(i,j)>r_k\\ 0& P(i,j)\≤r_k\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中(i,j)为像素点的坐标，P(i,j)为坐标为(i,j)时的太赫兹光的偏振度，P₁(i,j)为对比度拉伸操作后的P(i,j)。

3.根据权利要求2所述的一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，其特征在于所述步骤二中得到P₂和I₂的具体过程为：

选取放大倍数为n，1≤n≤10，对连续太赫兹共焦扫描偏振成像中得到的偏振分量图像I以及步骤一中得到的P₁进行双三值插值操作，得到P₂和I₂。

4.根据权利要求3所述的一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，其特征在于所述步骤三中得到P₃和I₃的具体过程为：

对步骤二中得到的I₂进行边缘检测，计算图像需要旋转的角度，对步骤二中得到的P₂和I₂进行双三值插值旋转操作，得到P₃和I₃。

5.根据权利要求3所述的一种基于连续太赫兹共焦扫描偏振成像的图像融合方法，其特征在于所述步骤四中得到IP的具体过程为：

对第三步中得到的P₃和I₃进行3：7的加权融合，公式如下：

IP＝0.3I₃+0.7P₃(4)。