1.一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,包括以下步骤:在复平面上建立关于浑浊图像与清晰图像之间偏振信息的成像模型,将偏振度与偏振角同时纳入成像模型中;针对偏振态空间巨大定义偏振量化;所述偏振量化是将复平面上位置相近的偏振态经过聚类之后用聚类中心表示为同一个偏振态,从而将原始的大量偏振态用少量偏振态表示的过程;定义偏振线约束描述浑浊时偏振态的行为,并利用该约束计算偏振相关物理量,实现水下去散射得到清晰图像;所述偏振线约束为偏振态在复平面上的分布规律:在复平面上,清晰图像偏振态同一聚类的点所对应的浑浊图像偏振态分布在同一复直线上。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述偏振成像模型有如下两种表示:m I I=m D D+m B B其中,I表示浑浊图像,D表示直接透射光,B表示背景光;m I =m D r+m B (1-r)其中,m D 表示直接透射光偏振态,同时也是清晰图像偏振态,r表示偏振透射率。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述该方法具体包括以下步骤:步骤1.将拍摄的多张不同偏振滤波后的图像转换为强度和偏振态表示;所述偏振态为偏振度与偏振角表示的复数变量;步骤2.分析浑浊图像的偏振态在复平面上的分布,利用偏振态的众数求出背景光偏振态;步骤3.利用偏振线约束,求出偏振透射率;步骤4.将偏振透射率和背景光偏振态代入模型,求出清晰图像的偏振态;步骤5.利用Quadtree-Subdivision方法求出无穷远处背景光;步骤6.将偏振透射率,无穷远处背景光代入模型,求出透射率;步骤7.将偏振透射率,透射率代入模型,求出清晰图像。
4.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述偏振态用下式定义:其中,m表示偏振态,S0,S1和S2分别为Stokes参数的第一、第二和第三个参数, 表示虚数单位。
5.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述背景光偏振态用下式表示:m B =ηmode(m I )其中,m B 表示背景光偏振态,m I 表示浑浊图像偏振态,η是一个大于1的参数,mode(·)表示求众数的函数。
6.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述偏振透射率用下式定义:通过偏振线约束求得:a.定义偏振差m IB =m I -m B ,m DB =m D -m B ;b.将偏振差转化为极坐标式m IB =d IB e iψ =r(m D -m B )=rm DB =rd DB e iψ ,其中d IB 是m IB 的模,d DB 是m DB 的模,m IB 和m DB 具有相同的辐角主值ψ;c.从而得到r=d IB /d DB ;d.将偏振差m IB 对辐角主值ψ进行聚类,并利用KD-Tree上的最近邻搜索进行加速,得到一系列偏振线;e.对每一条偏振线,分别求出d IB 的最大值 作为d DB 的估计;f.对每一像素位置u,求出粗糙的偏振透射率 g.估计偏振透射率的下限r 2 ,首先利用下式求出偏振线与复平面上单位圆的交点:m X1 =m p1 +m p2m X2 =m p1 -m p2其中,式中,m * 表示复数m的共轭复数;其次,将两交点m X1 和m X2 分别代入偏振透射率的定义式,得到一个偏振透射率的下限r 2 :h.估计偏振透射率的下限r 3 :其中,t为透射率,I表示浑浊图像的第一个Stokes参数,B ∞ 为与I对应的无穷远处背景光;i.利用下式得到偏振透射率的初步估计 j.对初步估计的偏振透射率进行优化,得到精细的偏振透射率:其中,I表示浑浊图像的第一个Stokes参数,u,v表示像素位置,μ是数据项与平滑项之间的权重系数,N 4 (u)表示像素位置u的四邻域。
7.据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述清晰图像偏振态用下式表示:
8.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述透射率用下式表示:其中,t为透射率,I表示浑浊图像,同时也是其第一个Stokes参数,B ∞ 为与I对应的无穷远处背景光。
9.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述清晰图像的解析式用下式表示:其中,L表示清晰图像的强度。基于上述解析式修改,所述清晰图像的计算式用下式表示:其中,α是一个水体相关的系数,t 0 是个接近0的正数以防止除0错误。
10.根据权利要求3所述的一种基于新型偏振散射模型的水下去散射方法,其特征在于,所述该方法还包括采用复值峰值信噪比用于衡量偏振态之间的相似度;其中,CVMSE表示复值均方误差,CVPSNR表示复值峰值信噪比,N表示像素数量,m I 为待对比的偏振态,m R 表示参考的偏振态,||·|| F 表示Frobenius范数,对于偏振态有max|m R | 2 =1。一般的,m I 和m R 也可表示同等大小的复值矩阵。