本技术涉及一种利用注意力机制的偏振图像超分辨率重建方法,属于光学图像处理技术领域。该方法通过以下步骤实现:首先,对分焦面偏振图像进行处理;其次,应用注意力机制增强图像特征;最后,进行图像重建以获得高分辨率的偏振图像。
背景技术
物体反射光的偏振特性与其表面粗糙度、几何形状、材质及其纹理结构等因素密切相关,不同物体即使具有相同的强度反射率,其反射光的偏振特性也会存在较大差异。普通的成像系统通过分辨场景中目标与环境的光强差异实现对目标的识别,当目标物与周边环境具有相似光强时,目标物信息会被复杂的背景信号淹没。偏振成像技术作为一种新兴的探测技术,通过获取目标的偏振信息能够显著提升低对比度和低能见度环境的探测能力,在军事侦察、医疗检测、去雾成像等多个领域具有广阔的应用前景。
不同于光强信息,现有探测器无法直接探测和记录场景反射光的偏振信息,因此需要同时采集多幅偏振图像并借助斯托克斯矢量对偏振度、偏振角等偏振特征进行解算。目前较为成熟的偏振成像系统有分时调制和同时调制两种方法。同时调制以时间序列依次获取目标的多个偏振分量图像,要求目标应处于静止状态且光辐射环境不变,基于液晶调制的分时全偏振成像技术虽然可以提高图像获取的帧频,但是在对运动目标进行跟踪拍摄时,仍会产生虚假偏振信息,而无法对强度图像进行正确增强。基于分焦面探测器的同时偏振成像技术可以通过一次曝光获得目标的四幅不同偏振分量图像,受外界环境扰动小,探测速度快,而且系统中无运动器件,稳定性和可靠性显著提升,更适用于对远距离运动目标的实时跟踪成像。相较于分孔径和分振幅等同时偏振成像系统,降低了光机系统的设计和装调难度,在系统小型化方面具明显优势。
目前的分焦面偏振成像系统主要的局限性在于微线偏振片的交错排列导致成像分辨率降为探测器的1/4,无法进行“点对点”的斯托克斯计算,影响偏振特征的反演精度,因此需要对分焦面偏振图像进行超分辨率重建。传统的插值方法进行超分辨率重建没有充分利用偏振图像的特征信息,重建结果不够理想;基于深度学习的超分辨率重建仅关注光强信息,通常将单幅图像重构为高分辨率图像,无法一次重构四个不同偏振方向的高分辨偏振图像,没有充分利用分焦面偏振图像的特性,既降低了超分辨率图像的重构效率,又降低了重构精度。
实现思路