基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112432908A(43)申请公布日2021.03.02(21)申请号201910787222.5(22)申请日2019.08.25(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人任侃吕彦瑶陈钱顾国华钱惟贤路东明程成叶宏量宋聪聪周静马超张大伟(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人王玮(51)Int.Cl.G01N21/21(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法。对同一溢油区域采集不同角度下的多组偏振光图像；对多组图像进行数据处理，得到每一组海面溢油图像每个像素点的穆勒矩阵；计算每个像素点的穆勒矩阵得到穆勒琼斯矩阵；通过穆勒琼斯矩阵计算得到实验室模拟海面溢油偏振光学特性的测量值，将测量值与标准值对比，实现更高精度的海面溢油检测。本发明精度高，可靠性好。CN112432908ACN112432908A权利要求书1/2页1.一种基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对同一溢油区域采集不同角度下的多组偏振光图像；步骤2，对多组图像进行数据处理，得到每一组海面溢油图像每个像素点的穆勒矩阵；步骤3，计算每个像素点的穆勒矩阵得到穆勒琼斯矩阵；步骤4，通过穆勒琼斯矩阵计算得到实验室模拟海面溢油偏振光学特性的测量值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1的具体实现过程为：采用平行光卤素灯作为光源(1)，通过632.8nm的滤光片(2)和起偏器(3)得到一束右旋圆偏振光；右旋圆偏振光经过起偏系统PSG得到不同偏振态的入射光，不同偏振态的入射光分别照射到溢油水面(6)上散射后，出射光经过检偏系统PSA，最后由CCD相机(9)获取经过检偏系统PSA的偏振光图像。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述起偏系统PSG由偏振片P1(4)和1/4波片W1(5)组成，检偏系统PSA由1/4波片W2(7)和偏振片P2(8)组成；PSG中W1(5)旋转至0°，P1(4)旋转至0°，90°，W1(5)旋转至45°，P1(4)旋转至0°，45°，90°，135°；PSA中W2(7)旋转至0°，P2(8)旋转至0°，90°，W2(7)旋转至45°，P2(8)旋转至0°，45°，90°，135°；分别对起偏系统和检偏系统旋转6次，每种溢油水面得到36个偏振光图像。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2的具体实现过程为：选定采集到的多组偏振光图像中的一个区域，利用这个区域中的k个像素点的光强值，计算每个像素点的穆勒矩阵：S”＝MpλMS其中，S为入射偏振光的斯托克斯矢量，S”为出射偏振光的斯托克斯矢量，MPλ为检偏系统的穆勒矩阵，M为被测目标的穆勒矩阵。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3的具体实现过程为：利用如下公式对每个像素点计算穆勒琼斯矩阵：-1-1MJ＝A·F(HJ)·A其中，MJ为穆勒琼斯矩阵，HJ为穆勒琼斯矩阵所对应的相干矩阵，A为F为一复矩阵Q和相干矩阵H的转换函数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述穆勒琼斯矩阵所对应的相干矩阵其中Q为复矩阵，其中h02,h03,h10,h11,h22,h23,h30,h31为相干矩阵H中的元素，q02,q03,q10,q11,q22,q23,q30,q31为复矩阵Q中的元素。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4的具体实现过程为：通过穆勒琼斯矩阵计算出振幅比，相位延迟，折射率，偏振度；2CN112432908A权利要求书2/2页振幅比相位延迟折射率偏振度8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：计算M00,M01,M10,M11,M22,M23,M32,M33采用如下公式：计算A1,A2,A3,A4采用如下公式：2222222A1＝(1-P)-(2Psinδ)，A2＝(1-P)Psinδ，A3＝tanθi，A4＝sinθi，A5＝(1+P+2Pcosδ)2。3CN112432908A说明书1/5页基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法技术领域[0001]本发明涉及目标检测技术领域，特别是一种基于偏振特性的实验室模拟海面溢油检测方法。背景技术[0002]随着现代工业的快速发展，油轮油泄漏，沿海及河口石油矿藏的开发、炼油厂工业废水的排放等，会使水体受油的污染，尤其是河口海域和近海水域，油污染十分突出，不仅对海面造成严重环境污染，海洋生态系统遭受严重破坏，而且影响了人类的健康，对经济造成巨大的损失。因此，对海面溢油进行检测和提高检测精度始终是海洋环境生态安全的研究热点