本發明涉及偏振成像，尤其是涉及一種紅外偏振成像偏振通道選擇方法及系統。

背景技術：

1、在電力設備缺陷檢測領域中，紅外熱檢測技術可以用來監測變壓器、高壓輸電線路、開關設備及母線槽、發電機等電力設備的熱量分布，從而及早發現潛在的故障或問題，防止可能的停電事故。然而，現有的紅外熱成像檢測技術在復雜光源環境下容易受到外界輻射干擾，難以達到預期的診斷效果。電力設備紅外熱成像檢測對環境光源狀況要求嚴苛，嚴重阻礙檢測效率。

2、偏振成像技術是一種新型的光電探測技術，在傳統成像的基礎上，增加由目標形貌、表面粗糙度以及材料等特性所決定的偏振特征信息。這些偏振信息的保持能力遠大于強度信息，在特定的應用場景下相對于其他成像手段具有更高的材質及輪廓辨識能力。由于人造物體和自然物體的偏振相關表面特征和固有屬性具有較大的差異，因此根據采集偏振圖像的圖像統計和形狀特征可以實現人造目標和自然背景的圖像分割。因此，偏振成像技術有望使紅外熱成像檢測技術適應于復雜光源環境下存在輻射干擾的場景，極大提升輸電線路及電力設備的運維修檢效率，為相關產業缺陷檢測的高效化、數字化和智能化轉型升級提供技術助力。

3、偏振成像系統主要分為分時型、分孔徑型、分振幅型和分焦平面型4類。其中，分時型偏振成像系統可以通過調諧光學元件旋轉來實現任意角度偏振圖像的獲取。斯托克斯矢量是用于描述光的偏振狀態的一個數學工具，通常包含四個分量s0、s1、s2和s3，其中每個分量都反映了光在不同偏振方向上的強度分布。偏振圖像的解算通常基于這四個分量來構建偏振圖像。其中，s3通常用于描述圓偏振信息，在電力巡檢中通常可以忽略。因此，偏振成像圖像處理僅需要三通道或四通道數據即可進行斯托克斯矢量解算。然而，現有的偏振圖像處理往往盲目地采用三通道和四通道的解算方式，這導致大量偏振信息丟失，易造成目標特征的識別準確率下降，且極大地浪費了分時型偏振成像系統獲取任意偏振角度圖像的優勢，造成了資源浪費。而且，現有的三通道和四通道偏振圖像解算過程中，往往采取0°、60°、120°和0°、45°、90°、135°的固定通道，并未結合實際場景，導致成像結果質量不佳。

技術實現思路

1、本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種紅外偏振成像偏振通道選擇方法及系統，為分時型偏振成像系統中的通道數選擇策略提供有效指導，提高偏振成像的資源利用效率，增強電力巡檢的檢測精度。

2、本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

3、一種紅外偏振成像偏振通道選擇方法，包括以下步驟：

4、使用偏振相機采集目標場景的多通道紅外偏振圖像集合，并對所述多通道紅外偏振圖像集合進行降噪預處理；

5、將經過降噪預處理的所述多通道紅外偏振圖像集合分為不同通道數的圖像集；

6、求解所述不同通道數的圖像集的斯托克斯矢量圖像，根據所述斯托克斯矢量圖像得到不同通道數下的偏振特征參量圖像；

7、以通道數最多的所述偏振特征參量圖像作為參考圖像，采用圖像相似性指標評價其他通道數圖像和參考圖像的相似性，得到符合所述目標場景成像需求的最佳偏振通道。

8、進一步地，所述偏振相機的設置包括在相機端集成多通道偏振濾光芯片和在光路中設置可旋轉偏振片或偏振分光棱鏡中的多種形式。

9、進一步地，所述降噪預處理的步驟包括：

10、基于噪聲方差與圖像梯度協方差矩陣的關系，通過迭代選擇圖像中的低秩子塊，并利用最大似然法估計噪聲方差；

11、根據所述噪聲方差，采用bm3d算法對所述多通道偏振圖像集合進行去噪。

12、進一步地，所述托克斯矢量圖像的求解過程包括：

13、根據所述紅外偏振圖像在同一像素點的強度值與偏振角度的關系構建超定方程組；通過偽逆解法求解所述超定方程組得到斯托克斯矢量的最優解，將所述斯托克斯矢量的最優解作為斯托克斯矢量圖像。

14、進一步地，所述斯托克斯矢量圖像包括s0圖像、s1圖像和s2圖像。

15、進一步地，所述偏振圖像在同一像素點的強度值與偏振角度的關系為：

16、

17、式中，(u,v)為像素點坐標，為偏振圖像在像素點(u,v)處的強度值，θj為偏振圖像在像素點(u,v)處的偏振角度，s0(u,v)、s1(u,v)和s2(u,v)為斯托克斯矢量；

18、所述超定方程組為：

19、

20、式中，為n通道的偏振圖像在像素點(u,v)處的強度值，θn為n通道的偏振圖像在像素點(u,v)處的偏振角度。

21、進一步地，所述偏振特征參量圖像包括偏振度圖像和偏振角圖像。

22、進一步地，所述偏振度圖像為：

23、

24、式中，ρ(u,v)為在像素點(u,v)處的偏振度圖像，s0(u,v)、s1(u,v)和s2(u,v)為斯托克斯矢量；

25、所述偏振角圖像為：

26、

27、式中，為在像素點(u,v)處的偏振角圖像。

28、進一步地，所述圖像相似性指標包括圖像均方誤差、峰值信噪比和結構相似性指數中的多種。

29、按照本發明的另一方面，提供一種紅外偏振成像偏振通道選擇系統，包括：

30、偏振圖像采集模塊，使用偏振相機采集目標場景的多通道紅外偏振圖像集合，并對所述多通道紅外偏振圖像集合進行降噪預處理；

31、圖像集合分解模塊，用于將經過降噪預處理的所述多通道紅外偏振圖像集合分為不同通道數的圖像集；

32、偏振特征參量圖像獲取模塊，用于求解所述不同通道數的圖像集的斯托克斯矢量圖像，根據所述斯托克斯矢量圖像得到不同通道數下的偏振特征參量圖像；

33、偏振通道選擇模塊，以通道數最多的所述偏振特征參量圖像作為參考圖像，采用圖像相似性指標評價其他通道數圖像和參考圖像的相似性，得到符合所述目標場景成像需求的最佳偏振通道。

34、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

35、1.本發明通過采集目標場景多通道紅外偏振圖像，利用圖像的強度、偏振角度信息構建滿足斯托克斯公式的超定方程組，求得斯托克斯矢量的最優解作為斯托克斯矢量圖像，以此求得目標場景的偏振特征參量圖像，最終對不同通道數下的偏振特征參量圖像進行質量評估，找到符合目標場景成像需求的最佳偏振通道，為分時型偏振成像系統中的通道數選擇策略提供有效指導。

36、2.本發明通過利用多種圖像相似性指標包括圖像均方誤差、峰值信噪比和結構相似性指數對不同通道數下的偏振特征參量圖像進行質量評估，找到符合目標場景成像需求的最佳偏振通道，提高了目標特征的識別準確率，提高偏振成像的資源利用效率，增強電力巡檢的檢測精度。

技術特征：

1.一種紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述偏振相機的設置包括在相機端集成多通道偏振濾光芯片和在光路中設置可旋轉偏振片或偏振分光棱鏡中的多種形式。

3.根據權利要求1所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述降噪預處理的步驟包括：

4.根據權利要求1所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述托克斯矢量圖像的求解過程包括：

5.根據權利要求4所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述斯托克斯矢量圖像包括s0圖像、s1圖像和s2圖像。

6.根據權利要求5所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述偏振圖像在同一像素點的強度值與偏振角度的關系為：

7.根據權利要求1所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述偏振特征參量圖像包括偏振度圖像和偏振角圖像。

8.根據權利要求7所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述偏振度圖像為：

9.根據權利要求1所述的紅外偏振成像偏振通道選擇方法，其特征在于，所述圖像相似性指標包括圖像均方誤差、峰值信噪比和結構相似性指數中的多種。

10.一種紅外偏振成像偏振通道選擇系統，其特征在于，包括：

技術總結
本發明涉及一種紅外偏振成像偏振通道選擇方法及系統，方法包括以下步驟：使用偏振相機采集目標場景的多通道紅外偏振圖像集合，并對多通道紅外偏振圖像集合進行降噪預處理；將經過降噪預處理的多通道紅外偏振圖像集合分為不同通道數的圖像集；求解不同通道數的圖像集的斯托克斯矢量圖像，根據斯托克斯矢量圖像得到不同通道數下的偏振特征參量圖像；以通道數最多的偏振特征參量圖像作為參考圖像，采用圖像相似性指標評價其他通道數圖像和參考圖像的相似性，得到符合目標場景成像需求的最佳偏振通道。與現有技術相比，本發明為分時型偏振成像系統中的通道數選擇策略提供有效指導，提高偏振成像的資源利用效率，增強電力巡檢的檢測精度。

技術研發人員：肖嶸,司文榮,毛瑋韻,田昊洋,徐晴川,虞益挺,裘曄,周俊焯,郝佳
受保護的技術使用者：國網上海市電力公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28