一种基于偏振纯度的识别伪装目标方法

技术领域

本发明属于目标识别与遥感领域，具体涉及一种基于偏振纯度的识别伪装目标方法。

技术背景

不同目标表现出的不同的反射特性广泛应用于许多领域，如生物组织癌变检测和预测。此外，反射光的偏振信息，如偏振度(DoP)、偏振角(AoP)等可以提供更多关于目标的附加信息。当光与目标发生相互作用时，入射光的偏振会发生改变，于是反射光便携带了目标的信息。因此，反射光的偏振分布便揭示了目标表面的特点，可用于目标探测和识别。由于利用反射光来识别目标至关重要，蒙特卡罗(MC) 方法也被用来解决偏振信息，特别是光子跟踪。但是单纯的利用反射光的偏振信息很多情况下无法对伪装下的目标进行识别。

目标的退偏特性与目标的结构和化学特征有关，可用于目标分类和目标分析。穆勒矩阵可以用来表征目标的退偏特性，并可以从中得到一组参数，即纯度指数(IPPs)。IPPs由P1、P2和P3组成，这三者表示由目标所分解成的四个不退偏分量之间的相对差别，提供了偏振纯度的详细描述。同时，也提供了偏振随机性结构的完整信息。P1、 P2、P3可以通过穆勒矩阵的协方差矩阵的特征值获得。不同的物体对应不同的IPPs。不同的接收位置同样对应不同的IPPs，为伪装下的物体提供了更多维的信息，对伪装下的目标识别发挥重要的作用。

发明内容

根据上述内容，本发明的主要技术目的是提出了一种基于偏振纯度的识别伪装目标方法。即通过蒙特卡洛方法，接收到整个上半球面的反射光，并将整个上半球面按照天顶角和方位角等分为若干个网格。根据每个网格所提供的IPPs信息对伪装下的目标进行识别，通过这种方法实现了对伪装下的目标的识别。

本发明是一种基于偏振纯度的识别伪装目标方法，利用上半球不同网格的IPPs信息对伪装下的目标进行识别。首先利用微面元理论构造出粗糙表面，然后利用蒙特卡洛算法接收到整个上半球面的光子，接着将整个上半球面按照天顶角和方位角等分为若干个网格，求出每个网格的IPPs。其中IPPs由P1，P2，P3组成。根据同一个网格P1，P2，P3之间的差异和不同网格之间P1，P2，P3之间的差异来对伪装下的目标进行识别。

由于采用本发明而带来的本发明比现有技术显著进步的有益效果如下：

本发明通过上半球不同网格的P1，P2，P3和同一个网格的P1， P2，P3的不同来实现伪装下目标的识别。并且通过改变光源的发射角和涂漆的粗糙度获得了多组IPPs数据。现有的方法不能对伪装下的目标进行识别，而本发明可以对伪装下的目标进行识别。

附图说明

图1是模型图。

图2是上半球的网格划分图。

图3是Cu在上半球每个网格的IPPs随着角度变化情况。

图4是CuO在上半球每个网格的IPPs随着角度变化情况。

图5是Cu在上半球每个网格的IPPs随着涂漆粗糙度变化情况。

图6是CuO在上半球每个网格的IPPs随着涂漆粗糙度变化情况。

具体实施方式

本发明基于偏振纯度的识别伪装目标方法，具体实施方式如下：

如图1所示为用IPPs进行目标识别的模型图，目标上面覆盖了涂漆。我们在上半球以入射角θ发射信号光(实际情况下可用激光代替)，对光线进行追踪，最后得到上半球每个网格的IPPs，通过改变入射角和涂漆的粗糙度得到不同的IPPs,最后对同一个网格的 P1,P2,P3和不同网格的P1,P2,P3进行比较，对目标进行识别。

(1)粗糙表面建模

对于粗糙表面而言，其高度场服从高斯分布，并且方差越大，表面越粗糙，根据微面元理论，粗糙表面可以看作是光滑的微面元的组合。每一个微面元都是理想光滑表面，然而每一个微面元的法向量方向不同，对于任意一个粗糙表面，法向量符合特定分布，因此，可以利用微面元的法向量的统计分布去描述粗糙表面。

(2)微面元法向量的选取

对于一个粗糙表面而言，它的高度场服从高斯分布，又因为粗糙表面是由很多的微面元组成，则微面元的两条相互垂直的边的对应向量的高度满足高斯分布，构造出这样的向量然后对两个向量进行叉乘，得到了最后的法向量。

(3)按照不同的网格对反射光进行接收

首先我们将整个上半球按照天顶角等分为个圆环，然后每个圆环按照方位角等分为若干个网格，如图2。反射光指向哪个网格就会被哪个网格所接收。最后所有的反射光都会被对应的网格所接收。由于不同网格接收了来自于不同方向的反射光，所以各自所表现出来的退偏特性是不同的。

(4)求出每一个网格的IPPs

IPPs包含三个参数P1,P2,P3,它提供了一种方式能够用来表征、分析和分类具有不同退偏特性的目标。这是因为IPPs可以表示目标分解后的非退偏分量的相对统计权重，可以更准确地描述目标的退偏特性。IPPs定义为目标穆勒矩阵的相干矩阵的四个特征值之间的相对差异。穆勒矩阵的协方差矩阵为

从H中可以得到四个特征值λ

一般的当P1＝P2＝P3＝0时，目标对应理想的退偏器，即无论什么状态的入射光经过物体，出射光全都是自然光，当P1＝P2＝P3＝1时，目标表示确定性不退偏的物体，即偏振光入射出射光还是完全偏振光。根据公式(1)-(4),便可以得到上半球面每一个网格的IPPs。

根据上述过程我们得到了Cu与CuO被油漆伪装后的IPPs随角度变化的情况如图3和图4，可以看出对于不同的目标不同的网格所表现出来各自的P1，P2，P3是不同的并且同一个网格的P1，P2，P3 也是不同的，并且会随着角度的变化而变化，同样的Cu与CuO的IPPs随粗糙度变化的情况如图5和图6，可以看出随着粗糙度的增加Cu 的上半球网格中物理可实现的点增多，而CuO的大致不变，上半球网格中的P1，P2，P3也有很大的差别。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。