CN105784119B - 一种红外偏振图像的定量处理方法 - Google Patents

一种红外偏振图像的定量处理方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种红外偏振图像的定量处理方法，包括：根据目标在不同旋转方向的辐射亮度确定目标的偏振度；根据黑体在不同旋转方向的辐射亮度确定黑体的偏振度；基于目标的偏振度和黑体的偏振度，以黑体的偏振度为基准，确定目标的相对偏振度。本发明通过选取参照基准来确定目标的相对偏振度，便于直观了解目标的偏振度值以及偏振度值在不同条件下偏振度的变化情况；由于黑体在不同波段和辐射温度范围内的偏振度值稳定，通过选取黑体作为参照基准，能够提高定量处理结果的准确性。

Description

一种红外偏振图像的定量处理方法
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种红外偏振图像的定量处理方法。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
红外辐射偏振特性的分析计算方法是利用4个线偏振方向的红外热偏振图像，按照算术加权法直接合成线偏振度图像。红外线偏振度p是[0，1]内的无量纲数，尽管线偏振度常表示为比值，但在不同辐射温度或辐射波长等条件下，目标表面的红外线偏振度并不是固定值。为了便于了解不同条件下目标的偏振度，有必要对目标进行定量处理，寻找探测波段范围内的参照基准、并获取目标相对于参照标准的相对偏振度。国内外公开文献中尚未见到关于红外偏振定量处理方法的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种红外偏振图像的定量处理方法，能够通过黑体实现目标红外线偏振特性的溯源探测，进而分析红外线偏振度在探测波段范围内的参照基准及定量分析处理方法。
根据本发明的红外偏振图像的定量处理方法，包括：
S1、根据目标在不同旋转方向的辐射亮度确定目标的偏振度；
S2、根据黑体在不同旋转方向的辐射亮度确定黑体的偏振度；
S3、基于目标的偏振度和黑体的偏振度，以黑体的偏振度为参照基准，确定目标的相对偏振度。
可选地，针对每一个旋转方向，按照如下方式确定目标的辐射亮度：
基于目标的偏振图像，确定目标的表观辐射亮度；
依据目标的表观辐射亮度，确定目标的辐射亮度。
可选地，若目标与红外热像仪的距离不大于预设的距离阈值，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式1：
Lt＝Lt,app 公式1
式中：Lt为目标的红外辐射亮度；Lt,app为目标的表观辐射亮度。
可选地，若目标与红外热像仪的距离大于预设的距离阈值、且目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于10，目标的辐射亮
度与表观辐射亮度之间满足公式2：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2.Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2.Sr；La为目标和红外热像仪之间的大气程辐射，单位：W/m2.Sr；τa为目标和红外热像仪之间的大气透过率。
可选地，若目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于20，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式3：
可选地，若目标对红外热像仪所张视角小于或等于红外热像仪瞬时视场，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式4：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2·Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2·Sr；τa为大气的透过率；N为目标像所占的像素数；R为目标到红外热像仪的距离，单位：m；θH为红外热像仪每个像素对应的水平视场，单位：rad；θV为红外热像仪每个像素对应的垂直视场，单位：rad；AS为目标在红外热像仪测量方向的投影面积，单位：m2。
可选地，所述不同辐射方向包括0°、45°、90°和135°方向。
可选地，依据斯托克斯公式确定所述偏振度。
根据本发明的红外偏振图像的定量处理方法，通过选取参照基准来确定目标的相对偏振度，便于直观了解目标的偏振度值以及偏振度值在不同条件下偏振度的变化情况；由于黑体在不同波段和辐射温度范围内的偏振度值稳定，通过选取黑体作为参照基准，能够提高定量处理结果的准确性。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是中波条件下黑体的偏振度随辐射温度的变化曲线示意图；
图2是长波条件下黑体的偏振度随辐射温度的变化曲线示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
目标在不同探测波长和辐射温度条件下对应的偏振度并不是固定的常量，且随辐射波长和辐射温度的变化而改变。现有技术中在确定目标的偏振度时一般直接根据利用4个线偏振方向的红外热偏振图像按照算术加权法直接合成线偏振度图像。由于没有统一的参照基准，无法直观了解该偏振度值的物理意义，更无法了解同一目标在不同条件下偏振度值的变化情况。
为了解决上述问题，本发明实施例的红外偏振图像的定量处理方法包括：
S1、根据目标在不同旋转方向的辐射亮度确定目标的偏振度；
S2、根据黑体在不同旋转方向的辐射亮度确定黑体的偏振度；
S3、基于目标的偏振度和黑体的偏振度，以黑体的偏振度为基准，确定目标的相对偏振度。
通过选择参照基准确定目标的相对偏振度，能够直观了解目标偏振度值的物理意义，以及目标在不同条件下偏振度值的变化情况。例如，若采用本发明的方法确定目标的相对偏振度为1，表明目标的偏振度值与参照基准在相同条件下的偏振度值相等；若采用本发明的方法确定目标的相对偏振度为0.7，表明目标的偏振度值为参照基准在相同条件下的偏振度值的0.7倍。
本领域技术人员可以根据实际计算需要选择适宜的参照基准，在本发明的一些实施例中，以在探测范围内偏振度值稳定的物质作为参照基准，例如黑体。图1示出了中波条件下黑体的偏振度随辐射温度的变化曲线，图2示出了长波条件下黑体的偏振度随辐射温度的变化曲线。由于黑体在不同波段和辐射温度范围内的偏振度值稳定，通过选取黑体作为参照基准，能够提高定量处理结果的准确性。
理想状态下，红外热像仪探测到的目标的表观辐射亮度即为目标的辐射亮度。在实际探测条件下，周围环境的辐射反射会对目标的辐射亮度产生影响，进而影响目标的偏振度。因此，可以按照如下方式确定目标的辐射亮度：基于目标的偏振图像，确定目标的表观辐射亮度；依据目标的表观辐射亮度，确定目标的辐射亮度。
目标与红外热像仪之间的距离越大，周围环境对目标辐射亮度的影响越大。若偏振图像中目标的距离不大于预设的距离阈值，可以认为目标的辐射亮度与红外热像仪探测到的表观辐射亮度相等，即目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式1：
Lt＝Lt,app 公式1
式中：Lt为目标的红外辐射亮度；Lt,app为目标的表观辐射亮度。
在本发明的一些实施例中，若目标与红外热像仪的距离大于预设的距离阈值、且目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于10，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式2：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2.Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2.Sr；La为目标和红外热像仪之间的大气程辐射，单位：W/m2.Sr；τa为目标和红外热像仪之间的大气透过率。
优选地，若目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于20，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式3：
在本发明的一些实施例中，若目标对红外热像仪所张视角小于或等于红外热像仪瞬时视场，可以把目标看作是点目标或小目标，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式4：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2·Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2·Sr；τa为大气的透过率；N为目标像所占的像素数；R为目标到红外热像仪的距离，单位：m；θH为红外热像仪每个像素对应的水平视场，单位：rad；θV为红外热像仪每个像素对应的垂直视场，单位：rad；AS为目标在红外热像仪测量方向的投影面积，单位：m2。
若红外辐射图像中目标区域与背景区域较接近，则背景区域会对计算得到的目标辐射亮度产生影响，计算获取背景区域的辐射亮度和偏振度有利于更准确地确定目标的辐射亮度和偏振度。
在本发明的一些实施例中，不同辐射方向包括0°、45°、90°和135°方向。优选地，依据斯托克斯公式确定所述偏振度，具体地：首先按照公式5获取目标图像的斯托克斯矢量S，
其中，g0°表示0°方向的偏振图像，g45°表示45°方向的偏振图像，g90°表示90°方向的偏振图像，g135°表示135°方向的偏振图像，gRCP和gLCP分别表示右旋圆偏振图像和左旋圆偏振图像；I表示总光强度，Q表示X轴方向直线偏振光分量；U表示45°方向直线偏振光分量；V与左/右旋的圆偏振信息有关；
偏振度图像的偏振度为
与现有技术相比，本发明的红外偏振图像的定量处理方法能够实现目标红外线偏振度的溯源探测，便于直观了解目标的偏振度值以及偏振度值在不同条件下偏振度的变化情况。本发明还能够为目标特性积累数据，形成有效数据库，进而提高目标探测识别准确度。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (3)

1.一种红外偏振图像的定量处理方法，其特征在于包括：
S1、根据目标在不同旋转方向的辐射亮度确定目标的偏振度；
S2、根据黑体在不同旋转方向的辐射亮度确定黑体的偏振度；
S3、基于目标的偏振度和黑体的偏振度，以黑体的偏振度为参照基准，确定目标的相对偏振度；
针对每一个旋转方向，按照如下方式确定目标的辐射亮度：
基于目标的偏振图像，确定目标的表观辐射亮度；
依据目标的表观辐射亮度，确定目标的辐射亮度；
若目标与红外热像仪的距离不大于预设的距离阈值，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式1：
Lt＝Lt,app 公式1
式中：Lt为目标的红外辐射亮度；Lt,app为目标的表观辐射亮度；
若目标与红外热像仪的距离大于预设的距离阈值、且目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于10，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式2：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2.Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2.Sr；La为目标和红外热像仪之间的大气程辐射，单位：W/m2.Sr；τa为目标和红外热像仪之间的大气透过率；
若目标与红外热像仪所张的视角同红外热像仪瞬时视场之比大于20，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式3：
若目标对红外热像仪所张视角小于或等于红外热像仪瞬时视场，目标的辐射亮度与表观辐射亮度之间满足公式4：
式中：Lt为目标的红外辐射亮度，单位：W/m2·Sr；Lt,app为目标的表观辐射亮度，单位：W/m2·Sr；τa为大气的透过率；N为目标像所占的像素数；R为目标到红外热像仪的距离，单位：m；θH为红外热像仪每个像素对应的水平视场，单位：rad；θV为红外热像仪每个像素对应的垂直视场，单位：rad；AS为目标在红外热像仪测量方向的投影面积，单位：m2。
2.如权利要求1所述的定量处理方法，其特征在于，所述不同辐射方向包括0°、45°、90°和135°方向。
3.如权利要求2所述的定量处理方法，其特征在于，依据斯托克斯公式确定所述偏振度。
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