[发明专利]一种基于偏振吸收特性的海面溢油检测方法

说明书

本发明提出一种基于偏振吸收特性的海面溢油检测方法。采集不同角度下海水与溢油的光信号，得到多组海面溢油图像；每一组具有相同数量的多幅原始图像；对原始图像进行数据处理，得到每一组海面溢油图像的穆勒矩阵；分解穆勒矩阵，从中提取出偏振特征信号值；根据偏振光强值计算出等效偏振吸收率；将不同观测角度下海水与溢油的等效偏振吸收率作为识别依据，实现海面溢油的检测。本发明方法精度高、可靠性好、效率高。

技术领域

本发明属于目标检测技术领域，具体涉及一种基于偏振吸收特性的海面溢油检测方法。

背景技术

海面溢油对海洋环境会生成许多有害物质，导致大量海洋生物的死亡，进而危害整个海洋生态系统和沿海滩涂环境，造成了不可估量的损失。在海水影响较强的情况下，偏振光谱作为一种新型的检测手段可以对薄油和浓度较低的油水乳化物进行测量，弥补了常规测量方式的一些缺点。

海面溢油的基本检测方法主要有可见光法、红外分光光度法、微波辐射计法、气相色谱法和荧光法等。但是，这些传统的测量方法都需要对实验样品进行预处理，并且需要昂贵的实验仪器作为支撑，在数据分析和处理上比较单一，无法做到多角度大视场对海面溢油进行无损检测，从而无法对海面溢油的物理机理做出科学可靠的分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏振吸收特性的海面溢油检测方法，该方法精度高、可靠性好、效率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于偏振吸收特性的海面溢油检测方法，包括如下步骤：

步骤一，采集不同角度下海水与溢油的光信号，得到多组海面溢油图像；每一组具有相同数量的多幅原始图像；

步骤二，对原始图像进行数据处理，得到每一组海面溢油图像的穆勒矩阵；

步骤三，分解穆勒矩阵，从中提取出偏振特征信号值；

步骤四、根据偏振光强值，按照如下公式计算出等效偏振吸收率A，

其中，A_in为入射偏振光的光强值，k₀＝ω/c是自由空间波数，ω是波场的频率，c为光速，n(r)为海水与溢油介质中r处的折射率，κ₁(r)为r处的衰减指数；p₁和p₂为光线的起点和终点，o₁为偏振光线进入液体表面的入口点，o₂为海水与溢油分子后项散射后经过海面溢油的出口点，l₁用来表示p₁点到o₁点的距离，l₂用来表示o₂点到p₂点的距离；

步骤五，将不同观测角度下海水与溢油的等效偏振吸收率作为识别依据，实现海面溢油的检测。

进一步，步骤一中，采用632.8nm的偏振激光器作为采样时的入射光源，采用加有偏振片、波片的CCD探测器对海面溢油表面散射的光信号进行采集。

进一步，利用如下公式计算出穆勒矩阵，

S_out＝M·S_in，

其中，M为穆勒矩阵，S_in为入射偏振光斯托克斯矢量，S_out为采集到的出射偏振光斯托克斯矢量。

进一步，步骤三中，偏振特征信号包括入射光强辐照度、出射光强辐照度、振幅比、相位差和偏振度。

进一步，步骤四所述计算等效偏振吸收率A的公式中加入参数||A_e||，具体为，