CN115824413B - 一种自适应水下偏振探测装置、方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应水下偏振探测装置、方法、设备及介质，该装置包括偏振光发射单元、偏振光发射单元机械臂、偏振成像单元、偏振成像单元机械臂、拍摄位姿控制单元和信息处理单元；拍摄位姿控制单元和信息处理单元安装于潜航器内部，偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂分别安装在潜航器的两侧，偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂分别与偏振光发射单元和偏振成像单元连接；偏振光发射单元、偏振光发射单元机械臂、偏振成像单元、偏振成像单元机械臂和信息处理单元都与拍摄位姿控制单元电性连接；该装置可以灵活调整成像条件，具有高效性、精确性，能够提高水下目标探测的成像质量。

Description

一种自适应水下偏振探测装置、方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及于偏振光谱探测技术领域，具体涉及一种自适应水下偏振探测装置、方法、设备及介质。

背景技术

近些年，国家加大了对水下领域的探测研究，寻找一种有效的方法实现水下目标的优质成像是一项非常有意义的研究内容。随着偏振技术的深入发展，偏振技术被广泛的应用在目标探测、识别搜寻等领域。水下环境复杂多变，水中粒子对光线的吸收和散射会对水下目标的成像质量造成严重影响。传统的水下目标探测技术主要是采用可见光进行强度成像，但是由于水下光线弱，可探测距离变短，易受其他杂光影响，导致最终得到的探测结果不是十分理想。将偏振技术应用于水下探测领域，能够有效的探测目标，提高目标成像质量，在进行水下目标偏振探测时，成像系统的位置多数是固定不变的，拍摄出的目标偏振图像难以保证质量最佳。另外对于待测目标的不同，也难以有针对性的进行探测，最终造成水下目标探测困难，识别效果差等问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术难以有针对性的进行探测，导致水下目标探测困难，识别效果差的缺陷，从而提供一种自适应水下偏振探测装置、方法、设备及介质。

一种自适应水下偏振探测装置，包括偏振光发射单元、偏振光发射单元机械臂、偏振成像单元、偏振成像单元机械臂、拍摄位姿控制单元和信息处理单元；

所述拍摄位姿控制单元和信息处理单元安装于潜航器内部，偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂分别安装在潜航器的两侧，偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂分别与偏振光发射单元和偏振成像单元连接；

所述偏振光发射单元、偏振光发射单元机械臂、偏振成像单元、偏振成像单元机械臂和信息处理单元都与拍摄位姿控制单元电性连接；所述拍摄位姿控制单元控制偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂按照特定步进进行旋转和伸缩，进而带动偏振光发射单元和偏振成像单元运动，实现对入射角度和接收角度进行遍历；

控制偏振光发射单元发射偏振光，控制偏振成像单元对目标进行拍摄并进行通过信息处理单元将拍摄的目标偏振图像进行图像分析，信息处理单元将图像分析获得的控制参数传送给拍摄位姿控制单元。

进一步，所述偏振光发射单元共有两种工作模式，两种工作模式分别产生线偏振光和圆偏振光。

进一步，所述偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂的转动范围都为0-90°。

进一步，所述偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂以10°为步进进行旋转。

进一步，所述偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂的伸缩范围为潜航器与目标之间的距离。

进一步，所述偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂都以0.5米为步进进行伸缩。

一种基于上述任一项所述的自适应水下偏振探测装置的探测方法，包括以下步骤：

S1：检查整体装置的外观，打开各单元开关，根据实际情况设置偏振光发射单元的工作模式；

S2：拍摄位姿控制单元控制偏振光发射单元机械臂转动至特定入射角度，偏振光发射单元发射偏振光照亮探测目标，拍摄位姿控制单元控制偏振成像单元机械臂带动偏振成像单元以特定步进进行转动直至转动至最大转动角度，偏振成像单元以不同接收角度拍摄目标并将拍摄的目标偏振图像传送给信息处理单元；

拍摄位姿控制单元控制偏振光发射单元机械臂以特定步进进行转动，偏振光发射单元机械臂每转动一次，偏振成像单元和偏振光发射单元机械臂便重复上述转动过程和拍摄过程，直至偏振光发射单元机械臂转动至最大转动角度，以此来遍历得到不同入射角度和不同接收角度的目标偏振图像；

S3:通过信息处理单元内置的偏振图像解算程序对步骤S2中已拍摄目标偏振图像进行解算处理，得到不同入射角度和不同接收角度下目标的偏振度数值，根据信息处理单元对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的角度条件即为探测该目标的最佳入射角度和最佳接收角度；

S4:将偏振光发射单元和偏振成像单元分别按照最佳入射角度和最佳接收角度固定，拍摄位姿控制单元控制偏振成像单元机械臂带动偏振成像单元以特定步进进行伸缩，偏振成像单元对目标进行拍摄，拍摄到的不同接收距离的目标偏振图像存储在信息处理单元中；

S5:通过信息处理单元内置的偏振图像解算程序对步骤S4中已拍摄不同接收距离的目标偏振图像进行解算，得到不同接收距离下的目标的偏振度数值，根据信息处理单元对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的距离即为最佳接收距离；

S6：工作结束时，拍摄位姿控制单元控制偏振光发射单元机械臂和偏振成像单元机械臂收回，然后关闭各单元开关。

进一步，所述方法还包括步骤S5.5具体为：若改变观测目标，则关闭各单元的开关；重新进行步骤S1-S5的操作步骤，得到不同目标的最佳入射角度、最佳接收角度及距离，无观测目标后进行步骤S6；

一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明技术方案将拍摄位姿控制单元与机械臂组合使用，利用拍摄位姿控制单元控制机械臂进行转动，从而实现不同偏振光入射角度及不同拍摄角度的目标偏振图像的获取；

该装置可以遍历不同成像条件下的目标图像，并且可以得到目标的最佳成像条件（光源入射角度、相机接收角度及接收距离）；

该装置与普通的探测装置相比，可以灵活调整成像条件，具有高效性、精确性，能够提高水下目标探测的成像质量。该自适应水下偏振探测装置可以广泛的应用于水下偏振探测、目标偏振特性测量等相关测试、实验中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的自适应水下偏振探测装置的装置图；

图2为本发明中探测方法的流程图；

附图标记说明：

1-偏振光发射单元； 11-偏振光发射单元机械臂； 2-偏振成像单元；

21-偏振成像单元机械臂； 3-拍摄位姿控制单元； 4-信息处理单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，一种自适应水下偏振探测装置，该装置可以对光源发射角度及相机接收角度进行遍历，实现了多种成像条件下水下目标的偏振成像探测，增加了实际应用中的便捷性与准确性，可以满足不同水下目标的探测需求，有着一定的实际意义；

该装置包括偏振光发射单元1、偏振光发射单元机械臂11、偏振成像单元2、偏振成像单元机械臂21、拍摄位姿控制单元3和信息处理单元4；

所述拍摄位姿控制单元3和信息处理单元4安装于潜航器内部，偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21分别安装在潜航器的两侧，偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21分别与偏振光发射单元1和偏振成像单元2连接；

所述偏振光发射单元1、偏振光发射单元机械臂11、偏振成像单元2、偏振成像单元机械臂21和信息处理单元4都与拍摄位姿控制单元3电性连接；所述拍摄位姿控制单元3控制偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21按照特定步进进行旋转和伸缩，进而带动偏振光发射单元1和偏振成像单元2运动，实现对入射角度和接收角度进行遍历；控制偏振光发射单元1发射偏振光，控制偏振成像单元2采用分焦平面相机对目标进行拍摄并进行通过信息处理单元4将拍摄的目标偏振图像进行图像分析，信息处理单元4将图像分析获得的控制参数传送给拍摄位姿控制单元3；

通过偏振光发射单元1的照明和偏振成像单元2的拍摄，将得到的图像储存在信息处理单元4中，进行处理分析，得到最佳的成像条件，完成水下目标的偏振探测。

所述偏振光发射单元1共有两种工作模式，两种工作模式分别产生线偏振光和圆偏振光，在装置开始工作之前可以根据不同情况选择相应模式的偏振光，然后根据后续的测量步骤在所选择的偏振光状态下进行测量。

所述偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21的转动范围都为0-90°。

所述偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21以10°为步进进行旋转，实际使用时可根据自己需求进行设置步进角度大小。

所述偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21的伸缩范围为潜航器与目标之间的距离。

所述偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21都以0.5米为步进进行伸缩，实际使用时可根据自己需求进行设置步进伸缩长度大小。

请参阅图2，本发明还包括一种基于上述任一项所述的自适应水下偏振探测装置的探测方法，包括以下步骤：

S1：检查整体装置的外观，打开各单元开关，根据实际情况设置偏振光发射单元1的工作模式；

S2：拍摄不同入射、接收角度的目标偏振图像；拍摄位姿控制单元3控制偏振光发射单元机械臂11转动至特定入射角度，偏振光发射单元1发射偏振光照亮探测目标，拍摄位姿控制单元3控制偏振成像单元机械臂21带动偏振成像单元2以特定步进进行转动直至转动至最大转动角度，偏振成像单元2以不同接收角度拍摄目标并将拍摄的目标偏振图像传送给信息处理单元4；

拍摄位姿控制单元3控制偏振光发射单元机械臂11以特定步进进行转动，偏振光发射单元机械臂11每转动一次，偏振成像单元2和偏振光发射单元机械臂11便重复上述转动过程和拍摄过程，直至偏振光发射单元机械臂11转动至最大转动角度，以此来遍历得到不同入射角度和不同接收角度的目标偏振图像；

S3: 得到最佳入射、接收角度；通过信息处理单元4内置的偏振图像解算程序对步骤S2中已拍摄目标偏振图像进行解算处理，得到不同入射角度和不同接收角度下目标的偏振度数值，根据信息处理单元4对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的角度条件即为探测该目标的最佳入射角度和最佳接收角度；

S4: 拍摄不同接收距离的目标偏振图像；将偏振光发射单元1和偏振成像单元2分别按照最佳入射角度和最佳接收角度固定，拍摄位姿控制单元3控制偏振成像单元机械臂21带动偏振成像单元2以特定步进进行伸缩，偏振成像单元2对目标进行拍摄，拍摄到的不同接收距离的目标偏振图像存储在信息处理单元4中；

S5: 得到最佳接收距离；通过信息处理单元4内置的偏振图像解算程序对步骤S4中已拍摄不同接收距离的目标偏振图像进行解算，得到不同接收距离下的目标的偏振度数值，根据信息处理单元4对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的距离即为最佳接收距离；

S6：工作结束时，拍摄位姿控制单元3控制偏振光发射单元机械臂11和偏振成像单元机械臂21收回，然后关闭各单元开关。

所述方法还包括步骤S5.5具体为：若改变观测目标，则关闭各单元的开关；重新进行步骤S1-S5的操作步骤，得到不同目标的最佳入射角度、最佳接收角度及距离，无观测目标后进行步骤S6；

本发明还包括一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明还包括一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read only memory，ROM）、可编程只读存储器（programmable ROM，PROM）、可擦除可编程只读存储器（erasablePROM，EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（electrically EPROM，EEPROM）或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，RAM），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM 可用，例如静态随机存取存储器（static RAM，SRAM）、动态随机存取存储器（dynamic RAM，DRAM）、同步动态随机存取存储器（synchronousDRAM，SDRAM）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data rate SDRAM，DDRSDRAM）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced SDRAM，ESDRAM）、同步连接动态随机存取存储器（synchlink DRAM，SLDRAM）和直接内存总线随机存取存储器（direct rambusRAM，DR RAM）。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，DVD））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，SSD））等。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软 件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种自适应水下偏振探测装置，其特征在于，包括偏振光发射单元（1）、偏振光发射单元机械臂（11）、偏振成像单元（2）、偏振成像单元机械臂（21）、拍摄位姿控制单元（3）和信息处理单元（4）；

所述拍摄位姿控制单元（3）和信息处理单元（4）安装于潜航器内部，偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）分别安装在潜航器的两侧，偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）分别与偏振光发射单元（1）和偏振成像单元（2）连接；

所述偏振光发射单元（1）、偏振光发射单元机械臂（11）、偏振成像单元（2）、偏振成像单元机械臂（21）和信息处理单元（4）都与拍摄位姿控制单元（3）电性连接；所述拍摄位姿控制单元（3）控制偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）按照特定步进进行旋转和伸缩，进而带动偏振光发射单元（1）和偏振成像单元（2）运动，实现对入射角度和接收角度进行遍历；

控制偏振光发射单元（1）发射偏振光，控制偏振成像单元（2）对目标进行拍摄并进行通过信息处理单元（4）将拍摄的目标偏振图像进行图像分析，信息处理单元（4）将图像分析获得的控制参数传送给拍摄位姿控制单元（3）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振光发射单元（1）共有两种工作模式，两种工作模式分别产生线偏振光和圆偏振光。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）的转动范围都为0-90°。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）以10°为步进进行旋转。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）的伸缩范围为潜航器与目标之间的距离。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）都以0.5米为步进进行伸缩。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的自适应水下偏振探测装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：检查整体装置的外观，打开各单元开关，根据实际情况设置偏振光发射单元（1）的工作模式；

S2：拍摄位姿控制单元（3）控制偏振光发射单元机械臂（11）转动至特定入射角度，偏振光发射单元（1）发射偏振光照亮探测目标，拍摄位姿控制单元（3）控制偏振成像单元机械臂（21）带动偏振成像单元（2）以特定步进进行转动直至转动至最大转动角度，偏振成像单元（2）以不同接收角度拍摄目标并将拍摄的目标偏振图像传送给信息处理单元（4）；

拍摄位姿控制单元（3）控制偏振光发射单元机械臂（11）以特定步进进行转动，偏振光发射单元机械臂（11）每转动一次，偏振成像单元（2）和偏振光发射单元机械臂（11）便重复上述转动过程和拍摄过程，直至偏振光发射单元机械臂（11）转动至最大转动角度，以此来遍历得到不同入射角度和不同接收角度的目标偏振图像；

S3:通过信息处理单元（4）内置的偏振图像解算程序对步骤S2中已拍摄目标偏振图像进行解算处理，得到不同入射角度和不同接收角度下目标的偏振度数值，根据信息处理单元（4）对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的角度条件即为探测该目标的最佳入射角度和最佳接收角度；

S4:将偏振光发射单元（1）和偏振成像单元（2）分别按照最佳入射角度和最佳接收角度固定，拍摄位姿控制单元（3）控制偏振成像单元机械臂（21）带动偏振成像单元（2）以特定步进进行伸缩，偏振成像单元（2）对目标进行拍摄，拍摄到的不同接收距离的目标偏振图像存储在信息处理单元（4）中；

S5:通过信息处理单元（4）内置的偏振图像解算程序对步骤S4中已拍摄不同接收距离的目标偏振图像进行解算，得到不同接收距离下的目标的偏振度数值，根据信息处理单元（4）对偏振度大小进行比较，目标偏振度最大时所对应的距离即为最佳接收距离；

S6：工作结束时，拍摄位姿控制单元（3）控制偏振光发射单元机械臂（11）和偏振成像单元机械臂（21）收回，然后关闭各单元开关。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤S5.5具体为：若改变观测目标，则关闭各单元的开关；重新进行步骤S1-S5的操作步骤，得到不同目标的最佳入射角度、最佳接收角度及距离，无观测目标后进行步骤S6。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求7-8任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求7-8任一项所述方法的步骤。

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