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偏振成像由于其相比于传统强度成像系统具有能够获取多维的偏振信息的特点,广泛应用于复杂环境下目标探测和图像质量增强等技术中。本文针对非均匀照明环境和水下模糊成像环境,研究了基于偏振成像的图像对比度提高技术和图像增强算法。分析了非均匀照明环境对目标探测和识别带来的影响,提出了基于偏振信息对照度进行补偿的预处理算法,对非均匀照明环境下图像的对比度进行了优化。另外,根据水下成像的基本物理模型,考虑水下物体反射光的偏振效应,提出了传输系数图像校正的方法,基于偏振成像对水下模糊图像进行了复原。完成的工作如下:1)研究了偏振参量的测量方法和偏振成像系统,基于实验室的条件,搭建了基于旋转偏振片和四分之一波片的偏振分析器和相关成像光路;利用LabView编写程序,实现对CCD的控制以及图像采集和显示等功能,完成了被动式分时偏振成像系统的总体控制。系统采用632.8nm单色激光光源照明,对场景进行背反射式成像,适用于单色光照明下场景反射光的斯托克斯参量的测量。2)研究了提高目标探测和识别能力的算法,针对场景中当目标和背景的颜色、亮度等相近时,传统强度图像无法对目标和背景进行区分的问题,介绍了通过偏振度(DOP)图像提高对比度的方法。考虑图像中噪声的统计规律,介绍了通过改变偏振分析器状态的方法对噪声进行抑制,从而提高图像对比度。另外针对非均匀照明环境下场景中光强波动非常大的问题,提出了照度补偿和对比度优化的方法,有效提高了非均匀照明条件下的目标探测的能力。3)基于偏振成像系统,研究了水下主动照明成像系统的成像模型以及偏振信息在水下浑浊介质中的传输行为,并基于此引申出水下模糊图像还原算法。考虑场景中物体反射光的偏振效应,提出了一种新的基于曲线拟合的方法估算目标信号的偏振差分图像,从而推导出真实的传输系数图像和水下复原图像。克服了原有水下偏振成像算法中对于场景中在退偏度较低的物体对应的区域探测失效的问题,有效增强了水下成像的图像质量。