CN110260975B - 一种主动偏振光逆反射体探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动偏振光逆反射体探测方法，该方法为：首先在激光器的出射光先后通过λ/4玻片和起偏器；λ/4玻片内有β角，起偏器内有α角；其次，仅调整起偏器并旋转使α分别为0°，45°，90°和135°；其次再调整α为0°时加入λ/4玻片，旋转λ/4玻片使β分别为+45°和‑45°；本发明将主动偏光探测方法用于逆反射体检测，有效抑制背景噪声，提高了探测距离，增强了对逆反射体的检测与识别能力，同时使目标的细节更清晰；由于一些偏振光作用于逆反射体退偏较为明显，没有将不同偏振态图像进行融合，而是选取对比度大图像进行检测，有效保证了目标的显著性；可以实现远距离探测，受外界光照影响基本为零。
Description
技术领域
本发明属于逆反射体探测领域，涉及一种主动偏振光，具体是一种主动偏振光逆反射体探测方法。
背景技术
对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个显著标识；在垂直于传播方向的平面内，包括一切可能方向的横振动，且在任一方向具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为非偏振光；只要振动失去这种对称性的光统称为偏振光。
偏振光数学描述方法主要有四种，分别为邦加球图示法、斯托克斯矢量(Stokes)法、琼斯矢量(Jones)法和三角函数表示法；其中Stokes法可以描述任意偏振态的偏振光，包括完全偏振光、部分偏振光及自然光。任一的Stokes矢量可以表示为：
S＝[I Q U V]T
＝[I0°+I90°I0°-I90°I45°-I135°Iright-Ileft]T (1)
式中I、Q、U、V是Stokes矢量的四个参数，I0°、I45°、I90°、I135°分别表示偏振方位为0°、45°、90°、135°的线偏振光的光强值，Iright和Ileft分别表示左旋和右旋圆偏振光的光强值。
表示光波的偏振度，
表示偏振方位角，
表示椭圆度。
由于光波的入射的方向、介质的表面及内部结构的不同，在光与介质相互作用的过程中，都会对光的偏振状态产生由介质特性决定的变化，从而使光的偏振信息中包含了介质的特征信息。Mueller矩阵是一个4×4的实数矩阵，其作用将入射光的Stokes矢量线性变换为反射光的Stokes矢量。
式中Sin为入射光的偏振态，Sout为反射光的偏振态，M为介质的Mueller矩阵；当介质的Mueller矩阵已知，对于任意偏振态的光，可由式(2)求出反射光的偏振态。
交通标识、车牌、路政服饰均采用逆反射材料，是典型的逆反射体。逆反射特性可以表述为：反射光线沿着入射光线的反向传播，并保持在一个较小的立体角内。这为偏振光用于逆反射体检测提供了如下优势，有利于反射光的偏振分析，抑制背景噪音，提高图像的对比度，突出逆反射体的细节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动偏振光逆反射体探测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种主动偏振光逆反射体探测方法，该方法包括下述步骤：
步骤一：将偏振态光分别照射到逆反射体上，利用Mueller矩阵和逆反射特性分析反射光偏振态和强度；
步骤二：将所产生的不同偏振光的反射光通过对应角度的检偏器进行分别主动成像。
步骤三：将所采集的不同主动偏光下图像，进行图像对比度比较，选择出对比度最大的图像，对该图像筛选出灰度值高于平均值的区域，采用局部灰度模板匹配法进行逆反射体检测；所述局部灰度模板匹配法为根据逆反射体区域灰度值大于背景区域灰度值两倍以上建立的局部灰度模板，再根据欧氏距离，小于设定的距离阈值确定为逆反射体，检测逆反射体。
进一步地，所述步骤一种的偏振态光包括四种角度线偏光和两种圆偏振光。
进一步地，所述偏振态光的具体产生步骤为：
步骤一：在激光器的出射光先后通过λ/4玻片和起偏器；λ/4玻片内有β角，起偏器内有α角；
步骤二：首先仅调整起偏器并旋转使α分别为0°，45°，90°和135°，产生四种角度线偏光；
步骤三：其次再调整α为0°时加入λ/4玻片，旋转λ/4玻片使β分别为+45°和-45°，产生左旋和右旋两种圆偏振光，获取Stokes矢量。
进一步地，所述背景为视场中除逆反射体之外的区域背景。
进一步地，所述逆反射体包括采用逆反射材料制成的交通标识、车牌及服饰。
进一步地，所述逆反射体的偏振属性受其结构材料影响，不同结构材料的偏振属性不同。
进一步地，所述β角为λ/4玻片的快轴与参考轴所成角度；所述α角为起偏器的透光轴与参考轴成角。
进一步地，逆反射体与背景在观测方向反射的光强不一样，同时逆反射体与背景的反射光退偏程度也不同；所述逆反射体对不同偏振态的光退偏程度不同，因此每种状态下生成图像对比度不同。
本发明的有益效果：
(1)本发明将主动偏光探测方法用于逆反射体检测，有效抑制背景噪声，提高了探测距离，增强了对逆反射体的检测与识别能力，同时使目标的细节更清晰；
(2)由于一些偏振光作用于逆反射体退偏较为明显，没有将不同偏振态图像进行融合，而是选取对比度大图像进行检测，有效保证了目标的显著性；
(3)可以实现远距离探测，受外界光照影响基本为零；本发明简单有效，且易于实用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种逆反射体结构示意图；
图2为本发明偏振光产生方法的示意图；
图3为本发明逆反射体检测方法示意图。
具体实施方式
一种主动偏振光逆反射体探测方法，该方法包括下述步骤：
步骤一：将偏振态光分别照射到逆反射体上，利用Mueller矩阵和逆反射特性分析反射光偏振态和强度；
步骤二：将所产生的不同偏振光的反射光通过对应角度的检偏器进行分别主动成像。
步骤三：将所采集的不同主动偏光下图像，进行图像对比度比较，选择出对比度最大的图像，对该图像筛选出灰度值高于平均值的区域，采用局部灰度模板匹配法进行逆反射体检测；所述局部灰度模板匹配法为根据逆反射体区域灰度值大于背景区域灰度值两倍以上建立的局部灰度模板，再根据欧氏距离，小于设定的距离阈值确定为逆反射体，检测逆反射体。
进一步地，所述步骤一种的偏振态光包括四种角度线偏光和两种圆偏振光。
进一步地，所述偏振态光的具体产生步骤为：
步骤一：在激光器的出射光先后通过λ/4玻片和起偏器；λ/4玻片内有β角，起偏器内有α角；
步骤二：首先仅调整起偏器并旋转使α分别为0°，45°，90°和135°，产生四种角度线偏光；
步骤三：其次再调整α为0°时加入λ/4玻片，旋转λ/4玻片使β分别为+45°和-45°，产生左旋和右旋两种圆偏振光，获取Stokes矢量。
进一步地，所述背景为视场中除逆反射体之外的区域背景。
进一步地，所述逆反射体包括采用逆反射材料制成的交通标识、车牌及服饰。
进一步地，所述逆反射体的偏振属性受其结构材料影响，不同结构材料的偏振属性不同。
进一步地，所述β角为λ/4玻片的快轴与参考轴所成角度；所述α角为起偏器的透光轴与参考轴成角。
进一步地，逆反射体与背景在观测方向反射的光强不一样，同时逆反射体与背景的反射光退偏程度也不同；所述逆反射体对不同偏振态的光退偏程度不同，因此每种状态下生成图像对比度不同。
本发明具体原理可理解为：如图1所示，一种逆反射材料结构，反射光沿入射光的反方向传播，从上到下有表面层、玻璃珠、粘合层、反光层及基层；
如图2所示，偏振光的具体产生方法为：
S100：光波沿z轴传播，在平行于xoy平面上，先后通过快轴与参考轴成β角的λ/4玻片和透光轴与参考轴成α角的起偏器；
S200：先不加入λ/4玻片，旋转起偏器使α角分别为0°，45°，90°和135°，然后再加入λ/4玻片并调整α为0°，旋转λ/4玻片使β分别为+45°和-45°，获取Stokes矢量。
其中，上述过程产生不同的偏振光，分别照射到逆反射体上，利用Mueller矩阵和逆反射特性分析反射反射光偏振态和强度，最后将反射光通过对应的检偏器分别进行成像。
如图3所示，逆反射体的检测方法，具体可表现为：
步骤一：由激光器1产生一束入射光4，先后通过玻片2和起偏器3，照射到逆反射体5上，产生反射光速6；
步骤二：反射光束6先后经过检偏器7和玻片8，最后到达摄像机9上进行成像。
其中，上述过程中的起偏器与检偏器同步高精度转动，入射光上玻片与反射光上玻片同时介入并保持同步旋转。
逆反射体与背景在观测方向反射的光强不一样，同时逆反射体与背景的反射光退偏程度也不同；逆反射体对不同偏振态的光退偏程度不同；逆反射体的材料结构有多种，不同结构材料的偏振属性不同，没有使用先验单一偏振光主动成像，而是多种偏振光主动成像，最终选择逆对比度高的图像检测与识别。
本发明将主动偏光探测方法用于逆反射体检测，有效抑制背景噪声，提高了探测距离，增强了对逆反射体的检测与识别能力，同时使目标的细节更清晰；由于一些偏振光作用于逆反射体退偏较为明显，没有将不同偏振态图像进行融合，而是选取对比度大图像进行检测，有效保证了目标的显著性；可以实现远距离探测，受外界光照影响基本为零。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种主动偏振光逆反射体探测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
步骤一：在激光器的出射光先后通过λ/4玻片和起偏器，λ/4波片内有β角，起偏器内有α角；首先仅调整起偏器并旋转α分别为0°,45°，90°，135°，产生四种角度线偏振光；其次再调整α为0°时加入λ/4玻片，旋转λ/4玻片使β角分别为+45°和-45°,产生左旋和右旋两种圆偏振光，获取Stokes矢量；
步骤二：将四种角度线偏振光和两种圆偏振光分别照射逆反射体上，利用Mueller矩阵和逆反射特性分析反射光偏振态和强度；
步骤三：将不同的偏振光经过逆反射体反射回来的光，通过对应角度的检偏器分别进行成像探测；
步骤四：由于不同材料逆反射体偏振不同，将所采集的不同主动偏振光下图像，进行图像对比度比较，选择出对比度真大的图像，对图像筛选出灰度值高于平均值的区域，采用局部灰度模板匹配法进行逆反射体检测；所述局部灰度模板匹配法为根据逆反射体区域灰度值大于背景区域灰度值两倍以上建立的局部灰度模板，再根据欧式距离，小于设定的距离阈值确定为逆反射体，检测出逆反射体。
2.根据权利要求1所述的一种主动偏振光逆反射体探测方法，其特征在于，所述背景为视场中除逆反射体之外的区域背景。
3.根据权利要求1所述的一种主动偏振光逆反射体探测方法，其特征在于，所述逆反射体包括采用逆反射材料制成的交通标识、车牌及服饰。
4.根据权利要求1所述的一种主动偏振光逆反射体探测方法，其特征在于，所述逆反射体的偏振属性受其结构材料影响，不同结构材料的偏振属性不同。
5.根据权利要求1所述的一种主动偏振光逆反射体探测方法，其特征在于，b角为l/4玻片的快轴与参考轴所成角度；a角为起偏器的透光轴与参考轴成角。
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