[发明专利]一种阵列式偏振相机的偏振信息测量系统及方法

权利要求书

1.一种阵列式偏振相机的偏振信息测量方法，所述方法包括以下步骤：

S1，获取阵列式偏振相机的偏振通道数量，根据所述阵列式偏振相机的偏振通道数量建立相应数量的成像模型；所述成像模型是基于均匀分布的0°、45°、90°、135°四个方向的偏振通道建立的；

S2，根据所述成像模型的参数指导对所述阵列式偏振相机的响应函数进行标定得到所述阵列式偏振相机的响应曲线；所述响应曲线是所述阵列式偏振相机反响应函数的反函数的图像表示；

S3，采用多次曝光的方式获得所述阵列式偏振相机每个偏振通道的HDR图像；

S4，根据所述响应曲线和每个所述偏振通道的HDR图像计算高动态范围的偏振信息；

所述阵列式偏振相机包括均匀分布的0°、45°、90°、135°四个方向的偏振通道，四个所述偏振通道的成像模型分别为：

式中，L为最终得到的图像数据，I₀为入射光通过镜头后的强度，I为入射光通过偏振片后的强度，w₁、w₂、w₃、w₄为各偏振通道中偏振片的作用，d为偏振度DOP，θ为偏振角，f为相机响应函数，t为曝光的时间；

所述步骤S2中，通过多次曝光的方式对所述阵列式偏振相机进行标定得到所述阵列式偏振相机的反响应函数g，优化函数O为：

式中，g为反响应函数且g＝f^-1，w_k为偏振片的作用且k＝1,2,3,4为四种不同的偏振片，i为第i次曝光，N为总的曝光次数，j为位置为j的像素，P为总的采样像素点数，L_ij为第i次曝光时间下位置为j处的像素值，f为相机响应函数，I₀为入射光通过镜头后的强度，j为位置为j的像素，t为曝光的时间；

所述步骤S2进一步包括：

由偏振相机的成像原理可得：

f^-1(L)＝I₀wt

两边取对数可得：

lnf^-1(L)＝lnI₀w+lnt_j

令g＝f^-1，则有：

ln(g(L))＝lnI₀w+lnt

设G(L)＝ln(g(L))，则有：

式中，Gⁿ(L)为正则项防止过拟合，

Gⁿ(L)＝G(L-1)-2g(L)+g(L+1)

通过优化函数O来求解G进而得到相机的反响应函数g；

所述步骤S3进一步包括：

由偏振相机的成像原理可得：

通过多次曝光得到每个偏振通道的HDR图像，构建为对于每个偏振通道k，在每个像素位置x上的辐照值I_x(k)：

式中，L_i(k)为第i次曝光下偏振通道k下的像素值，x为像素位置，t_i为第i次的曝光时间设定，W(L_ix(k))为用于消除奇异值的权重函数，在此选用高斯函数作为所述权重函数：

所述步骤S4中，所述偏振信息的stokes量可以通过每个所述偏振通道的HDR图像计算得到：

S₁＝I(0°)-I(90°)

S₂＝I(45°)-I(135°)

偏振角AoP和偏振度DoP在计算出的stokes量的基础上计算得到：

式中，S₀、S₁、S₂为stokes矢量参数。

2.根据权利要求1所述的一种阵列式偏振相机的偏振信息测量方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

真实场景中的光强依次通过所述阵列式偏振相机的镜头、偏振片和快门被CCD或CMOS的芯片感应并经过模电转换变为最后的图像数据。