基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法

本发明属于偏振成像领域，涉及一种基于液晶偏振光栅的偏振成像技术，尤其涉及一种基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法。

背景技术：

1、传统成像技术是通过采集光强信息和被测物体的空间信息等来进行目标识别检测。该方法获取的目标信息相对较少、精度较低，尤其在复杂的场景下，光强信息获取困难，无法识别出被测目标。而光的偏振检测技术能够更加丰富的反映被测目标的固有属性，如粗糙度、目标结构等多种特性。与传统检测技术相比较，偏振成像具有更多的获取目标信息的优势并且适应各种复杂场景，通过解析处理，可更加清晰的突显目标自身情况，如轮廓信息、不易获取的目标细节信息等。偏振成像还可以有效提高图像的清晰度、对比度和完整度，能够精准、可靠的识别出隐藏在复杂自然背景中的人造目标。因此，偏振成像技术用于当前的目标识别检测领域非常适合，并且具有较高的潜在应用价值。

2、偏振成像技术是传统探测技术与偏振原理的有机结合，是一个新兴的交叉学科，现在已经成为国内外重点研究的课题。偏振成像技术不仅可以获得传统入射光强图像，而且可以得到目标物不同起偏方向的偏振图像，偏振度图像，偏振角图像，光谱和外部轮廓等丰富的实效信息。现有研究成果表明，偏振成像无论是在民用领域还是在军事领域都有较高的应用价值，特别是在军事领域，偏振成像在目标识别、抗干扰以及提高对目标的探测距离等方面表现出了优异的性能。

3、现有的偏振成像技术可以分为以下几类：分时偏振成像方案，分振幅偏振成像方案和分焦平面偏振成像方案。分时方案采用两个液晶相位延迟期与偏振片组合，通过改变两移相器的相移量调制出射光的偏振方向，探测器得到4幅不同偏振态的图像强度值，再利用矩阵反演得到斯托克斯参数。分振幅方案通过波片与偏振分光棱镜的组合，使四个探测器分别得到四个不同偏振方向的图像，再进行计算。分焦平面方案是指焦平面成像探测器前放置了一个集成了四个不同偏振方向的偏振片阵列，这四个不同的偏振方向与探测器的四个像素单元对应，即一次可同时获得四个不同的偏振图像。

4、现有的偏振成像方案特点如下，分时偏振成像结构简单、成本低，但其不适用于动态场景。分振幅方案探测速度快，但其体积庞大，成本高。分焦平面方案系统体积小、集成度高、可用于动态场景，是目前的偏振成像主流方案。但其微偏振阵列工艺复杂、空间分辨率损失很大。且忽略了圆偏振信息的探测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单易实现，从圆偏振分量探测入手，弥补了传统偏振成像方案忽略圆偏振分量探测的劣势的基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法，包括以下步骤：

3、步骤1、搭建基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离技术的偏振成像方法所需的光学系统，依次为图像探测器、液晶偏振光栅、第二液晶相位延迟器、第一液晶相位延迟器、成像目标物；第一液晶移相器的快轴方向与光学系统的光轴方向垂直，第二液晶移相器的快轴方向与光学系统的光轴方向呈45°；自然光或者白色光源照射在成像目标物上，其反射光经过第一液晶相位延迟器、第二液晶相位延迟器、液晶偏振光栅，最后到达图像探测器靶面，得到左右旋圆偏振光混叠图像；

4、步骤2、获取混叠图像，包括如下子步骤：

5、步骤21、两片液晶相位延迟器均不加电，图像探测器获得混叠图像1；

6、步骤22、对第一液晶移相器施加电压，图像探测器获得混叠图像2；

7、步骤23、对第二液晶移相器施加电压，图像探测器获得混叠图像3；

8、步骤24、将混叠图像1～3传入上位机；

9、步骤3、分别对混叠图像进行预处理；

10、步骤4、运用目标函数和优化算法结合的盲源分离算法对白化处理后的混叠图像进行分离，得到源图像的估计图像；

11、步骤5、得到目标的斯托克斯分量(s1、s2、s3)图像：将混叠图像1分离出的两幅图像相减得到s3图像；将混叠图像2分离出的两图像相减后得到s1图像；将混叠图像3分离出的两图像相减后得到s2图像；

12、步骤6、由斯托克斯分量和偏振特性计算公式计算出偏振特性图像，在此基础上将偏振特性图像与光强图像融合，完成偏振成像。

13、本发明的液晶偏振光栅出射的左、右旋圆偏振光在空间传播的过程中进行叠加，入射到图像探测器上时会得到一幅左旋圆偏振光的图像和右旋圆偏振光图像以叠加形式混叠在一起的混叠图像，混叠部分既包含左旋圆偏振图像的信息，又包含右旋圆偏振图像的信息。使用混叠图像盲源分离的技术使混叠图像分离开，得到左、右旋圆偏振光的完整图像，用于进行偏振成像。具有如下有点：

14、1、本发明中，光学系统结构简单易实现，从圆偏振分量探测入手，弥补了传统偏振成像方案忽略圆偏振分量探测的劣势。

15、2、本发明中，因采用了混叠图像盲源分离的方法，所以避免了图像探测器靶面面积需要足够大的需求。

技术特征：

1.基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法，其特征在于，所述步骤4具体实现方法为：

3.根据权利要求1所述的基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法，其特征在于，所述步骤6中，由斯托克斯分量计算出偏振特性图像，包括偏振度dop、偏振角aop和偏振椭圆率ε：

技术总结本发明公开了一种基于液晶偏振光栅和混叠图像盲源分离的偏振成像方法，包括以下步骤：步骤1、搭建光学系统；步骤2、获取混叠图像；步骤3、对混叠图像进行预处理；步骤4、运用目标函数和优化算法结合的盲源分离算法对白化处理后的混叠图像进行分离，得到源图像的估计图像；步骤5、得到目标的斯托克斯分量图像；步骤6、由斯托克斯分量和偏振特性计算公式计算出偏振特性图像，在此基础上将偏振特性图像与光强图像融合，完成偏振成像。本发明结构简单易实现，从圆偏振分量探测入手，弥补了传统偏振成像方案忽略圆偏振分量探测的劣势。采用混叠图像盲源分离的方法避免了图像探测器靶面面积需要足够大的需求。技术研发人员：汪相如,王宇东,吴双红,李炳文受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11