[发明专利]一种基于小波的红外偏振图像自适应融合方法

说明书

技术领域

本发明属于图像探测与处理领域，具体属于红外偏振成像探测技术中的自适应图像融合领域。

背景技术

随着探测技术和传感器技术的发展，红外探测的精度和灵敏度越来越高，可以探测的目标温差越来越小。据资料显示，现在最先进的热像仪，其温度灵敏度已经达到了0.05摄氏度。虽然探测的灵敏度提高了，但是，由于杂乱背景信号的限制，目标发现和识别的概率却仍不是很高。比如，在目标物周围放置温度相同的噪声源，那么现有的红外热像仪就无法进行识别了。如何解决这一问题，就是将偏振成像引入红外领域的目的。

由菲涅尔反射定律可知当非偏振光束从光滑表面反射时会产生部分偏振光，而根据基尔霍夫理论，热辐射也会表现出偏振效应。所以地球表面和大气中的所有目标，在发射和反射电磁辐射的过程中，都会表现出由它们自身性质和辐射基本定律决定的偏振特性。不同物体或同一物体的不同状态(粗糙度、含水量、构成材料的理化特征等)会产生不同的偏振状态，形成不同的偏振光谱。由于偏振信息是不同于辐射的另一种表征事物的信息，相同辐射的被测物体可能有不同的偏振度，使用偏振手段可以在复杂背景下检测出有用信号，以成像方式显示出隐蔽军事目标。这种用红外成像系统加上偏振技术手段获取目标偏振信息，通过必要处理后进行显示的成像方式称为红外偏振成像。

红外偏振成像与红外成像的区别主要在于：

1)成像对应的特征量不同

红外偏振成像主要是对景物多个不同方向的偏振量京城光强成像，其主要与景物材料性质，表面粗糙度等有关；红外光强成像主要是对景物的红外辐射强度成像，其主要与劲舞的温度辐射率等有关

2)目标与背景的辐射特性不同

目标与背景的辐射在传输过程受大气衰减和复杂环境的影响到达探测器时辐射强度大大减低，效果很不理想，偏振成像可以抑制影响达到良好的成像效果(基于大气背景抑制的偏振去雾算法)在红外长波段，除水、海洋外，自然物的偏振度一般比较小，而人造物由于其材料及表面的光滑性，偏振度比较大。

3)成像过程不同：

偏振成像需要在不同的角度下进行对此光强成像通过计算才能得到一副偏振图像，成像过程复杂，实时性较差，但偏振度是辐射之比，偏振测量无需准确的辐射量校准就可以达到相当高的精度；光强成像过程简单，实时性较好，但需要对成像设备进行实时的定标校准，否则所测得的红外辐射亮度和温度不能反应被测物的真是辐射温度和亮度。

4)图像特征不同

红外强度图像主要是以亮度差异来区分物体，当物体间辐射差异较小时，亮度识别比较困难，而物体间的偏振差异可能较大，便于二者区分，目标处于复杂场景时，目标与背景对比度较低，不利于目标识别，而红外偏振成像可以抑制复杂背景来提高目标识别的效果；同一目标在光强图像中温度高的部位亮，温度低的部位暗，物体轮廓比较模糊，而红外偏振成像可以获得目标的几何形状信息，其边缘和轮廓特征明显。

因此，红外偏振成像在军事上和民间的应用前景相当广阔，它可以弥补传统热成像在许多方面的不足，它与传统热像仪相比具有如下优势：

1)偏振测量无需准确的辐射量校准就可以达到相当高的精度，这是由于偏振度是辐射值之比。而在传统的红外辐射量测量中，红外测量系统的定标对于红外系统的测量准确度至关重要。红外器件的老化、光电转换设备的老化、电子线路的噪声甚至环境温度、湿度的变化都会影响到红外系统。如果红外系统的状态已经改变，但是系统又没有及时定标，那么所测得的红外辐射亮度和温度必然不能反映被测物的真实辐射温度和亮度。

2)根据调研国外公开发表的文献的数据说明，目标和背景偏振度差别较大，其中自然环境中地物背景的红外偏振度非常小(＜1.5％)，只有水体体现出较强的偏振特性，其偏振度一般在8％～10％。而金属材料目标的红外偏振度相对较大，达到了2％～7％，因此以金属材料为主体的军用车辆的偏振度和地物背景的偏振度差别也较大。实际上，两物体偏振度值差别达到1％，成偏振图像后我们就能够很好地分辨出两物体之间的差异。所以利用红外偏振成像技术识别地物背景中的车辆目标具有明显的优势。

3)军事上的红外防护的主要方法是制造复杂背景，在背景中杂乱无序地放置各种红外点热源和面热源，使背景不均匀，红外系统无法从背景中区别目标，但是这种杂乱的热源和目标的偏振特性通常也存在不同，因此这种形式的防护对红外偏振成像侦察就存在它的局限性。

4)红外偏振成像系统在取得偏振测量结果的同时，还能够提供辐射量的数据。

5)对于辐射强度相同的目标和背景，传统成像无法区别，而偏振成像通常比较容易地区别它。