[发明专利]一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统及方法

权利要求书

1.一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统，其特征在于：包括：用于进行通道对焦的相机镜头、安装有不同波段及偏振方向滤光片的滤光片转轮、图像传感器模块、处理器模块和电机系统；一个滤光片构成一个拍摄通道，所述滤光片转轮设置在图像传感器模块与相机镜头之间，且该滤光片转轮通过转轴连接电机系统，所述图像传感器模块受处理器模块控制进行图像拍摄并将图像输出至处理器模块，所述处理器模块根据图像传感器拍摄的图像发送相应的控制信号给电机系统，所述电机系统根据接收到的控制信号控制滤光片转轮调整拍摄通道；

所述处理器模块内置通道选择模块，所述通道选择模块对图像传感器模块拍摄的图像进行水面目标检测和场景辨识，并基于该场景确定对应的拍摄通道；所述处理器模块根据通道选择模块输出的拍摄通道向电机系统发送控制信息；

所述通道选择模块包括：

目标检测模型，用于对图像传感器模块拍摄的图像进行特征提取和水面目标检测，得到图像内各水面目标的类别及各水面目标的边界框；所述水面目标的类别包括耀光、波纹、绿植、秸秆、冰雪、泡沫、塑料、木板、油膜、有机质、树叶；

场景辨识模块，用于基于目标检测模型输出的各水面目标的类别及各水面目标的边界框进行场景辨识，得到场景类别；所述场景类别包括环境光照不足场景、水面耀光强烈场景、水面波纹监测场景、水面波纹监测场景、绿植漂浮物监测场景、秸秆漂浮物监测场景、冰雪漂浮物监测场景、水面泡沫监测场景、塑料漂浮物监测场景、木板漂浮物监测场景、油膜漂浮物监测场景、有机质漂浮物监测场景和树叶漂浮物监测场景；

拍摄通道选择模块，用于根据场景辨识模块输出的场景类别从内置的通道查找表中获取相应的拍摄通道；

所述通道查找表中包括有场景类别与拍摄通道的对应关系；

所述拍摄通道包括分别由可见光滤光片、蓝光窄带滤光片、绿光窄带滤光片、红光窄带滤光片、近红外窄带滤光片、全光谱滤光片、0°线偏振滤光片、45°线偏振滤光片和90°线偏振滤光片构成的拍摄通道。

2.根据权利要求1所述的一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块为电机系统和处理器模块进行供电。

3.根据权利要求1所述的一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统，其特征在于：所述通道查找表中的场景类别与拍摄通道的对应关系包括：

环境光照不足场景对应拍摄通道为全光谱滤光片；

水面耀光强烈场景对应拍摄通道为0°线偏振滤光片；

水面波纹监测场景对应拍摄通道为90°线偏振滤光片；

绿植漂浮物监测场景对应拍摄通道为红光窄带滤光片；

秸秆漂浮物监测场景对应拍摄通道为近红外窄带滤光片；

冰雪漂浮物监测场景对应拍摄通道为蓝光窄带滤光片；

水面泡沫监测场景对应拍摄通道为绿光窄带滤光片；

塑料漂浮物监测场景对应拍摄通道为近红外窄带滤光片；

木板漂浮物监测场景对应拍摄通道为近红外窄带滤光片；

油膜漂浮物监测场景对应拍摄通道为蓝光窄带滤光片；

有机质漂浮物监测场景对应拍摄通道为近红外窄带滤光片；

树叶漂浮物监测场景对应拍摄通道为红光窄带滤光片。

4.根据权利要求1所述的一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统，其特征在于：所述电机系统包括步进电机和电机驱动器；所述电机驱动器输出PWM脉冲信号对步进电机进行控制，所述电机驱动器由处理器模块输出的控制信号进行控制，所述控制信号包括方向控制信号、PWM脉冲信号、步进细分选择信号。

5.基于权利要求1至4任意一项所述的一种面向野外水体监测的自适应多波段-偏振光学成像系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在可见光滤光片对应的拍摄通道下拍摄得到一幅图像；

步骤2：判断步骤1得到的图像的光照度是否低于设定阈值，若低于，则该图像所对应的场景为光线不足场景，并转入步骤5，否则，进入步骤3；

步骤3：通过目标检测模型对步骤1得到的图像中的水面目标进行识别，得到该图像内各水面目标的类别和边界框；

步骤4：对各类别水面目标边界框的面积大小进行加权统计，比较辨识出场景类别，得到该图像所对应的场景；

步骤5：根据图像所对应的场景，从通道查找表中获取对应的拍摄通道；

步骤6：根据得到的拍摄通道，控制滤光片转轮旋转至对应通道，进行后续的监测任务。