相關(guān)申請的引用

本申請要求在2014年9月2日遞交的序列號為62/044,682、名稱為“polarimetryforthedetectionofoilonwater”的美國臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時(shí)專利申請通過引用完全并入在本文中。

政府許可權(quán)利

本發(fā)明在由美國海軍授予的合同號w31p4q-09-c-0644下獲得政府支持而得以進(jìn)行。政府在本發(fā)明中具有特定權(quán)利。

背景技術(shù)：
和

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

如在本文中所使用，長波紅外被稱為“l(fā)wir”或“熱紅外”。如在本文中所使用，中波紅外被稱為“mwir”。如在本文中所使用，短波紅外被稱為“swir”。如在本文中所使用，紅外被稱為“ir”。如在本文中所使用，紅外指的是紅外頻譜的這些子集中的一者、組合或全部。

本文中公開了一種使用紅外成像偏振測定來檢測水面上的外來流體的方法。所描述的方法未被束縛于任何一種具體的偏振計(jì)傳感器架構(gòu)，因此所描述的方法適合于能夠檢測關(guān)鍵的偏振測定標(biāo)志的所有紅外傳感器。所描述的方法未被束縛于紅外頻譜的任何一個(gè)具體部分或子集，因此所描述的方法適合于在lwir、mwir或swir中的一者或多者下操作的所有傳感器。該方法包括在受控條件下對水上外來流體的建模或?qū)λ贤鈦砹黧w的測量以理解偏振響應(yīng)。如此做以便選擇最佳角度，在該最佳角度上，檢測將為最有效的。然后將偏振計(jì)安裝在平臺上使得傳感器在可接受的角度范圍內(nèi)指向表面。然后使用偏振計(jì)記錄區(qū)域的原始圖像數(shù)據(jù)以獲得該區(qū)域的偏振圖像。然后根據(jù)由傳感器的架構(gòu)所需的過程，針對不均勻性、光學(xué)失真和登記修正圖像。計(jì)算ir數(shù)據(jù)結(jié)果和偏振數(shù)據(jù)結(jié)果，以及將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換為多維數(shù)據(jù)集以供利用。將對比度增強(qiáng)算法應(yīng)用于多維圖像以形成增強(qiáng)的圖像。然后可以將增強(qiáng)的圖像顯示給用戶和/或信號器可以通告外來流體在水面上的存在。

附圖說明

本專利或申請文件包含按顏色執(zhí)行的至少一個(gè)附圖。在提出請求并支付所需費(fèi)用之后，專利局將提供本專利或?qū)＠暾埞嫉膸в胁蕡D的副本。

圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的系統(tǒng)的圖。

圖2示出來自現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的反射輻射和發(fā)射輻射的示例性橫截面，其中，ir照相機(jī)測量油和水之間的ir對比度。

圖3為來自本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性橫截面的反射輻射和發(fā)射輻射的表示，其中，偏振計(jì)測量油和水之間的ir對比度和偏振對比度。

圖4示出根據(jù)入射角的水的偏振信號的依賴性的模型。

圖5示出優(yōu)化外來流體的檢測的偏振計(jì)的示例性定位。

圖6示出安裝在陸地上的塔樓上的云臺單元上的偏振計(jì)的示例性安裝。

圖7示出用于檢測水面上的外來流體的方法的框圖。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包括偏振計(jì)和信號處理單元的示例性偏振計(jì)系統(tǒng)。

圖9為示出按照根據(jù)本發(fā)明的方法的圖像處理邏輯的示例性架構(gòu)和功能的流程圖。

圖10a為水上外來流體在夜間的熱像。

圖10b為圖10a的水上外來流體在夜間的偏振圖像，其示出了偏振圖像的流體檢測的示例性改進(jìn)。

圖11a為水上外來流體在夜間的示例性熱像。

圖11b為圖11a的外來流體也在夜間的示例性偏振圖像。

圖11c為圖11a的水上外來流體在夜間的示例性熱像，其中偏振計(jì)處于比圖11a的圖像更淺的角度。

圖11d為圖11c的外來流體也在夜間的示例性偏振圖像，其中偏振計(jì)處于與圖11c的圖像中的熱感照相機(jī)一樣淺的角度。

圖12a為水上外來流體的熱像。

圖12b為圖12a的水上外來流體的偏振圖像。

圖12c為圖12a的水上外來流體的色彩融合圖像。

圖13a為加利福尼亞州的圣巴巴拉市的海岸在2015年的夏季泄漏的油的熱像，其示出了在水面上的油。

圖13b為圖13a的泄漏的可見圖像。

圖13c為同一泄漏的偏振圖像，其示出了清晰可見的油。

圖13d為同一泄漏的色彩融合圖像，其示出了以紅色突出的油。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的偏振計(jì)系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100包括偏振計(jì)1001和信號處理單元1002，該偏振計(jì)1001和信號處理單元1002收集和分析水面101的圖像，用于檢測和通告外來流體102在水面上的存在。圖1中所示的示例性外來流體102為來自天然滲流的石油、來自石油鉆探或處理設(shè)施的泄漏物、或者來自船舶或來自故意向船外傾倒的容器的泄漏物。如在本文中所使用，術(shù)語“油”或“外來流體”可以指期望被檢測到的任何液體。

偏振計(jì)系統(tǒng)100包括用于記錄偏振圖像的偏振計(jì)1001，諸如收集圖像的數(shù)碼相機(jī)或ir成像器。偏振計(jì)1001可以被安裝在塔樓或平臺(未示出)上，使得該偏振計(jì)1001以與垂直于水面101的法向120形成的角度θ103，且以從視野的總體中心到偏振計(jì)1001的水平范圍“r”104，以及由從水面101到偏振計(jì)1001的豎直距離所限定的高度“h”105，來觀看水面101。通過偏振計(jì)成像的區(qū)域用視野106來描繪。

偏振計(jì)1001將原始圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到信號處理單元1002，該信號處理單元1002處理數(shù)據(jù)，如在本文中進(jìn)一步討論。然后借助顯示器108將處理的數(shù)據(jù)顯示給操作者(未示出)?？商孢x地，在信號器109上通告檢測，如在本文中進(jìn)一步討論。盡管圖1將偏振計(jì)1001和信號處理單元1002示出為組合單元，但是在某些實(shí)施方式中，偏振計(jì)1001和信號處理單元1002為分開的單元。例如，偏振計(jì)1001可以遠(yuǎn)程地被安裝在平臺或塔樓(未示出)上，且信號處理單元1002可以被放置成靠近操作者。類似地，可以將顯示器108或者信號器109與系統(tǒng)100封裝在一起或與信號處理單元1002封裝在一起或與所有其它組件分離且彼此分離。

在所示的實(shí)施方式中，偏振計(jì)1001通過網(wǎng)絡(luò)或通信信道107將原始圖像數(shù)據(jù)(未示出)發(fā)送到信號處理單元1002，并且處理的數(shù)據(jù)被發(fā)送到顯示器108和信號器109。信號處理單元1002可以為在本領(lǐng)域中已知的或未來開發(fā)的任何合適的計(jì)算機(jī)。信號處理單元1002接收原始圖像數(shù)據(jù)、過濾該數(shù)據(jù)、并分析該數(shù)據(jù)，如在本文中進(jìn)一步討論，以提供增強(qiáng)的圖像以及檢測和通告。網(wǎng)絡(luò)107可以為在本領(lǐng)域中已知的或未來開發(fā)的任何類型的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，諸如簡單的通信電纜、因特網(wǎng)主干網(wǎng)、以太網(wǎng)、wifi、wimax、無線通信、電力線寬帶、同軸電纜等。網(wǎng)絡(luò)107可以為硬件、軟件或二者的任何組合。另外，網(wǎng)絡(luò)107可以存在于封裝偏振計(jì)101和信號處理單元107二者的傳感器(未示出)中。

在所示的實(shí)施方式中，信號處理單元通過網(wǎng)絡(luò)或通信信道107將處理的圖像數(shù)據(jù)(未示出)發(fā)送到顯示器和信號器，并且處理的數(shù)據(jù)被發(fā)送到顯示器108和信號器109。

圖2示出來自現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的反射輻射和發(fā)射輻射的示例性橫截面，其中，ir照相機(jī)(未示出，不具有偏振能力)測量油和水之間的ir對比度(即輻射差)。在本實(shí)施方式中，外來流體102正漂浮在水面101上。從水面101入射在觀看該場景的紅外照相機(jī)上的輻射感測“總計(jì)”輻射200，該“總計(jì)”輻射200為從水面101發(fā)射的輻射201和從表面101反射的來自背景202的反射輻射203的總和。同樣對于外來流體102，“總計(jì)”輻射210為從外來流體102發(fā)射的輻射211和從外來流體102反射的來自背景212的反射輻射213的總和。

發(fā)射輻射201取決于水101的溫度以及水的光學(xué)常數(shù)，光學(xué)常數(shù)也被稱為折射率。反射輻射分量203取決于背景202的溫度以及水的光學(xué)常數(shù)。因此，總計(jì)輻射200取決于背景溫度、水溫和水光學(xué)常數(shù)。

發(fā)射輻射211取決于外來流體102的溫度以及外來流體102的光學(xué)常數(shù)。反射輻射分量213取決于背景212的溫度以及外來流體102的光學(xué)常數(shù)。因此，總計(jì)輻射210取決于外來流體102的溫度、外來流體的光學(xué)常數(shù)、以及背景212的溫度。

為了使用ir照相機(jī)檢測外來流體，總計(jì)輻射200和總計(jì)輻射210必須不同以形成輻射對比度。存在背景、外來流體、水溫值和外來流體光學(xué)常數(shù)的變化的多種可能組合，從而總計(jì)輻射200和總計(jì)輻射210存在非常小的差異，導(dǎo)致低對比度以及難以檢測外來流體。

圖3為來自本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示例性橫截面的反射輻射和發(fā)射輻射的表示，其中，偏振計(jì)(未示出)測量油和水之間的輻射對比度和偏振對比度。在本實(shí)施方式中，外來流體102正漂浮在水面101上。來自水面101的總計(jì)輻射300為發(fā)射輻射301和從表面101反射的來自背景302的反射輻射303的總和。如相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員所知，發(fā)射輻射301由兩個(gè)偏振分量組成：“垂直”偏振分量306和“平行”偏振分量307。這些偏振分量306和307的差異形成用于熱發(fā)射輻射301的凈偏振。

同樣地，反射分量303由兩個(gè)偏振分量組成：“垂直”偏振分量304和“平行”偏振分量305，這源自于背景輻射302的反射。這些偏振分量304和305的差異形成用于熱發(fā)射輻射303的凈偏振。來自水的總偏振信號為來自發(fā)射輻射301和反射輻射303的偏振信號的組合。凈偏振信號被稱為線性偏振度或“dolp”。

類似地，來自外來流體表面102的總計(jì)輻射310為發(fā)射輻射311和從表面102反射的來自背景312的輻射313的總和。發(fā)射輻射311由兩個(gè)偏振分量組成：“垂直”偏振分量316和“平行”偏振分量317。這些偏振分量316和317的差異形成用于熱發(fā)射輻射311的凈偏振。同樣地，反射分量313由兩個(gè)偏振分量組成：“垂直”偏振分量314和“平行”偏振分量315，這源自于背景輻射312的反射。這些偏振分量313和314的差異形成用于熱發(fā)射輻射313的凈偏振信號。來自外來流體的總偏振信號為311和313的偏振的組合。外來流體的檢測發(fā)生在外來流體的偏振對比度不同于水的偏振對比度時(shí)。

圖4示出作為入射角103(圖1)的函數(shù)的水的偏振信號的依賴性的模型，且示出對于反射輻射的垂直偏振分量304和平行偏振分量305以及對于發(fā)射偏振的垂直偏振分量306和平行偏振分量307。dolp源自于垂直偏振分量和平行偏振分量的差異。對于反射輻射的反射dolp401隨著角度增大而增大，直到在大約62°的角度處達(dá)到大約53％的最大值。對于發(fā)射輻射的發(fā)射dolp402根據(jù)入射角103單調(diào)減小。

重要的是注意，這些曲線的形狀和性質(zhì)取決于材料的光學(xué)常數(shù)，因此這些曲線對于被檢測的外來流體來說是顯著不同的。水和外來流體之間的dolp的差別被本發(fā)明利用。用于檢測水上油的較高對比度差通過檢查用于偏振性能(為角度的函數(shù))的這些曲線來獲得。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，基于利用油獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最佳角度為與法線成70°和88°之間(角度θ103)或者2°和20°之間的仰角(從水平線測量)。圖7為實(shí)現(xiàn)利用這些概念的最佳檢測的方法步驟的框圖。

圖5示出優(yōu)化檢測的偏振計(jì)1001的示例性定位，其中該偏振計(jì)1001被定位在角度θ1和θ2之間。使用來自圖4的最佳范圍作為示例，θ1可以為70°且θ2可以為88°，以及偏振計(jì)放在該范圍內(nèi)。對于傳感器被安裝在塔樓(未示出)上的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，這些角度可以通過選擇合適的范圍r104(圖1)和高度h105(圖1)來實(shí)現(xiàn)。

圖6示出安裝在陸地上的塔樓111上的云臺單元110上的偏振計(jì)的示例性安裝。在另一示例性實(shí)施方式中，塔樓111為柱或桿。在另一示例性實(shí)施方式中，塔樓111為平臺或眺望待監(jiān)控的水面的結(jié)構(gòu)上的其它安裝點(diǎn)。在其它實(shí)施方式中，塔樓、柱、桿、平臺或安裝點(diǎn)可以被放在船舶、漂浮平臺、固定的碼頭或平臺、浮標(biāo)等之上。在另一示例性實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)100和云臺單元110被放在有人或無人飛行器上。在一些實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)還是便攜的且可以為手持的。

圖7示出用于在最佳條件下檢測水面101(圖1)上的外來流體102(圖1)的方法7000的框圖。在步驟7001中，以本文中關(guān)于圖3和圖4所討論的方式，通過分析感興趣的流體的發(fā)射輻射和反射輻射來預(yù)測外來流體的偏振響應(yīng)?？商孢x地，可以經(jīng)驗(yàn)地或在受控環(huán)境(諸如可以改變角度的實(shí)驗(yàn)室)中實(shí)驗(yàn)式地執(zhí)行感興趣的流體的測量。

在方法7000的步驟7002中，使用步驟7001的結(jié)果來確定用于良好性能的角度θ1和θ2(圖5)的范圍，如在本文中關(guān)于圖4和圖5所討論。在步驟7003中，使用步驟7002的結(jié)果來確定對于可用安裝項(xiàng)的最佳安裝位置、范圍r104(圖1)和高度h105(圖1)，以及安裝偏振計(jì)1001(圖1)。

在步驟7004中，利用偏振計(jì)1001收集圖像，如本文中所描述。在步驟7005中，將對比度增強(qiáng)算法應(yīng)用于圖像以輔助通過操作者或通過自主檢測算法對外來流體的檢測。在步驟7006中，顯示對比度增強(qiáng)的圖像和/或通告外來流體的檢測。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包括偏振計(jì)1001和信號處理單元1002的示例性偏振計(jì)系統(tǒng)100。該偏振計(jì)1001包括成像物鏡1201、濾波器陣列1203和焦平面陣列1202。成像物鏡1201包括指向水面101和外來流體表面102(圖1)的透鏡。濾波器陣列1203對從成像物鏡1201接收的圖像進(jìn)行濾波。焦平面陣列1202包括光傳感像素的陣列。

信號處理單元1002包括圖像處理邏輯1302和系統(tǒng)數(shù)據(jù)1303。在示例性信號處理單元1002中，圖像處理邏輯1302和系統(tǒng)數(shù)據(jù)1303被示出成存儲在存儲器1306中。圖像處理邏輯1302和系統(tǒng)數(shù)據(jù)1303可以用硬件、軟件、或硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。

信號處理單元1002還包括處理器1301，該處理器1301包括數(shù)字處理器或配置成通過處理圖像處理邏輯1302來運(yùn)行該圖像處理邏輯1302的其它類型的電路(如果適用的話)。處理器1301借助本地接口1304與信號處理單元1002內(nèi)的其它元件通信以及驅(qū)動上述其它元件，該本地接口1304可以包括一個(gè)或多個(gè)總線。當(dāng)存儲在存儲器1306中時(shí)，圖像處理邏輯1302和系統(tǒng)數(shù)據(jù)1303可以被存儲且被輸送在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被如下項(xiàng)使用或與如下項(xiàng)連接：邏輯電路，處理器，指令執(zhí)行系統(tǒng)、指令執(zhí)行裝置或指令執(zhí)行設(shè)備(諸如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng))，或可從該指令執(zhí)行系統(tǒng)、指令執(zhí)行裝置或指令執(zhí)行設(shè)備獲取指令且執(zhí)行這些指令的其它系統(tǒng)。在本文的上下文中，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”可以為可包含、存儲、傳送、傳播或輸送程序以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、指令執(zhí)行裝置或指令執(zhí)行設(shè)備使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、指令執(zhí)行裝置或指令執(zhí)行設(shè)備連接的任何部件。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以例如但不限于電子介質(zhì)、磁介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)、電磁介質(zhì)、紅外介質(zhì)、或半導(dǎo)體系統(tǒng)、半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體設(shè)備或傳播介質(zhì)。注意，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可以為紙張或在其上打印程序的其它合適介質(zhì)，因?yàn)榭梢越柚鐚垙埢蚱渌橘|(zhì)的光學(xué)掃描而以電子方式獲取該程序，然后若需要?jiǎng)t以合適的方式編譯、解釋或在其它方面處理該程序，以及然后將該程序存儲在計(jì)算機(jī)存儲器中。

圖示的示例性系統(tǒng)數(shù)據(jù)1303包括：

a.從方法900的步驟9001(圖9)獲得的來自偏振計(jì)1001(圖1)的原始圖像數(shù)據(jù)(未畫出)。

b.修正的圖像數(shù)據(jù)(未畫出)，其為已按照方法900的步驟9002(圖8)而修正不均勻性、光學(xué)失真和登記的數(shù)據(jù)。

c.從方法900的步驟9003(圖3)獲得的ir圖像和偏振圖像。

d.在方法900的步驟9004(圖9)中應(yīng)用的將偏振數(shù)據(jù)和輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多維圖像數(shù)據(jù)。

e.在方法900的步驟9005(圖9)中應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的對比度增強(qiáng)算法。

f.在方法900的步驟9006(圖9)中應(yīng)用于顯示器108和信號器109的圖像數(shù)據(jù)。

g.如在本文中所描述的輻射圖像數(shù)據(jù)。

h.如在本文中所描述的混合的輻射/偏振圖像。

圖像處理邏輯1302執(zhí)行本文中關(guān)于圖9所描述的過程。

參照圖8，外部接口設(shè)備1305連接到顯示器108和信號器109以及與顯示器108和信號器109通信。外部接口設(shè)備1305還可以與輸入設(shè)備通信或包括輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備例如為鍵盤、開關(guān)、鼠標(biāo)、觸摸屏、和/或可用于由系統(tǒng)100的用戶輸入數(shù)據(jù)的其它類型的接口。外部接口設(shè)備1305還可以或替選地與如下項(xiàng)通信或包括如下項(xiàng)：個(gè)人數(shù)字助理(pda)、計(jì)算機(jī)平板設(shè)備、筆記本電腦、便攜式或非便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩或移動電話等。外部接口設(shè)備1305還可以或替選地與如下項(xiàng)通信或包括如下項(xiàng)：非個(gè)人計(jì)算機(jī)(例如服務(wù)器)、嵌入式計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、微處理器等。

在圖8的示例性實(shí)施方式中，外部接口設(shè)備1305被顯示成信號處理單元1002的一部分。在其它實(shí)施方式中，外部接口設(shè)備1305可以在信號處理單元1002的外部。

顯示設(shè)備108可以包括tv，lcd屏，監(jiān)控器，或傳達(dá)來源于方法900的圖像數(shù)據(jù)或附接到個(gè)人數(shù)字助理(pda)、計(jì)算機(jī)平板設(shè)備、筆記本電腦、便攜式或非便攜式計(jì)算機(jī)、蜂窩或移動電話等的任何電子設(shè)備。信號器設(shè)備109可以包括警告蜂鳴器、鈴、閃光燈、或警告操作者檢測到外來流體的任何其它聽覺或視覺或觸覺部件。

在一些實(shí)施方式中，可以基于檢測到的外來流體102(圖1)采取自主行動。例如，清除響應(yīng)可以被自動啟動。在采取自動行動的一些情況下，可以不需要信號器109。

在其它實(shí)施方式中，全球定位系統(tǒng)(“gps”)設(shè)備(未示出)可以與外部接口設(shè)備1305連接以提供檢測到的外來流體102的位置。

在圖示的實(shí)施方式中，顯示器108和信號器109被示出為分離的，但是可以將信號器109與顯示器108組合，以及在其它實(shí)施方式中，通告可以作為圖像數(shù)據(jù)顯示的一部分采用突出的框或區(qū)域、彩色區(qū)域的形式或者用于突出對象的其它手段。例如參看圖12中的紅色區(qū)域，該紅色區(qū)域提供檢測到的外來流體102的視覺指示。

圖9為示出根據(jù)方法900的圖像處理邏輯1302(圖8)的示例性架構(gòu)和功能的流程圖。在方法1000的步驟9001中，偏振計(jì)1001捕獲水101和外來流體102(圖1)的圖像并將原始圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到信號處理單元1002(圖1)。

在步驟9002中，信號處理單元1002(圖1)修正從偏振計(jì)1001接收的圖像的成像器不均勻性。成像器不均勻性的示例包括圖像中固定的圖案線、噪聲像素、壞像素、亮點(diǎn)等?？梢允褂迷诒绢I(lǐng)域中已知的算法來修正成像器不均勻性。在一些實(shí)施方式中，不執(zhí)行步驟9002，這是因?yàn)槌上衿鞑痪鶆蛐詿o需修正。

另外在步驟9002中，信號處理單元1002從圖像數(shù)據(jù)中去除圖像失真。圖像失真的示例為由成像物鏡系統(tǒng)引起的在圖像邊緣處的扭曲。可以使用在本領(lǐng)域中已知的算法來修正圖像失真。使用在本領(lǐng)域中已知的方法，在步驟9002中還可以執(zhí)行登記修正。

在步驟9003中，計(jì)算ir數(shù)據(jù)結(jié)果和偏振數(shù)據(jù)結(jié)果。在該步驟中，利用在步驟9002中獲得的偏振圖像的加權(quán)減法來計(jì)算斯托克斯參數(shù)(s0、s1、s2)。ir成像偏振計(jì)測量輻射圖像和偏振圖像二者。輻射圖像為標(biāo)準(zhǔn)圖像，由此該圖像中的每個(gè)像素為從場景的該相應(yīng)像素區(qū)所反射或發(fā)射的輻射的測量值，通常以瓦特/cm2-sr來表達(dá)。標(biāo)準(zhǔn)照片和ir圖像為輻射圖像，僅僅為從場景所發(fā)射或反射的輻射分布的繪制。偏振圖像為偏振狀態(tài)分布在圖像上的繪制。偏振狀態(tài)分布通常依據(jù)斯托克斯圖像來表達(dá)。

在斯托克斯參數(shù)中，s0表示不帶有偏振信息的傳統(tǒng)ir圖像。s1和s2顯示正交的偏振測定信息。因此，由g.g.stokes在1852年首次引入的斯托克斯矢量可用于描述部分偏振的光且被定義為

其中，i0為在與水平面成0度角的方向上線性偏振的輻射，i90為在與水平面成90度角的方向上線性偏振的輻射。類似地，i45和i135為相對于水平面成45°角和135°角的線性偏振光的輻射值。最后，ir和il為用于右圓偏振光和左圓偏振光的輻射值。對于本發(fā)明，右圓偏振光和左圓偏振光不是必需的，且成像偏振計(jì)無需測量這些偏振狀態(tài)。出于該原因，我們考慮的斯托克斯矢量將受限于僅表達(dá)線性偏振光的前三個(gè)元素。

而且在步驟9003中，從斯托克斯圖像計(jì)算線性偏振度(dolp)圖像。dolp圖像可用于提供對于水面上的外來流體的對比度且可以如下來計(jì)算：

在步驟9004中，將ir數(shù)據(jù)結(jié)果和偏振數(shù)據(jù)結(jié)果以及在步驟9003中計(jì)算的dolp轉(zhuǎn)換為多維數(shù)據(jù)集以供利用。注意，dolp為線性偏振。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道的，在一些情形下，可能期望非線性的偏振(例如圓偏振)。因此在其它實(shí)施方式中，步驟9004可以使用從s0、s1、s2、或s3的任一組合導(dǎo)出的偏振圖像且不限于dolp。

dolp圖像為一種用于觀看圖像中的偏振對比度的可用圖像。用于觀看偏振內(nèi)容的另一替選圖像為通過將輻射、dolp和取向圖像繪制到色表而生成的“色彩融合”圖像?！吧嗜诤稀睘樵诓襟E9004中可產(chǎn)生的多維表示的一個(gè)實(shí)施方式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到類似繪制。針對一個(gè)示例，當(dāng)輻射值低時(shí)，可以強(qiáng)化dolp信息。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行偏振數(shù)據(jù)到用于色彩的色度-飽和度-值表示的如下繪制：

s0＝值

dolp＝飽和度

取向φ＝色度

這種表示能夠在單個(gè)圖像中顯示所有的光學(xué)信息(輻射和偏振)以及提供示出場景的輻射測量的和偏振對比度增強(qiáng)的理解的手段。在偏振對比度強(qiáng)的許多情況下，這種表示為偏振的表面或?qū)ο筇峁﹫鼍碍h(huán)境。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想象做這一點(diǎn)的其它方式。

由于基礎(chǔ)的光學(xué)輻射取決于發(fā)射，因此對于偏振成像，不需要附加的光源、照明、或環(huán)境光。另外，該方法在夜間也如同其在白天同樣很好地工作。

在步驟9005中，將在本領(lǐng)域中已知的對比度增強(qiáng)算法應(yīng)用于來自步驟9004的多維圖像。多維數(shù)據(jù)開發(fā)偏振數(shù)據(jù)以顯著增強(qiáng)場景中的信息內(nèi)容。非限制性示例包括全局平均、方差、和更高等級的矩分析、主成分分析、或線性判決分析、作為整體的多維數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及然后基于與作為整體的圖像進(jìn)行卷積且然后被場景的全局統(tǒng)計(jì)量歸一化的核的本地值的計(jì)算。

在步驟9006中，將檢測到的油的對比度增強(qiáng)的圖像顯示給操作者。然后通過視覺或聽覺部件向用戶通告檢測到的油。非限制性示例包括將操作者的注意力引到顯示器的鈴、蜂鳴器或燈，或者在顯示器上的指示，諸如在外來流體的區(qū)域中的與眾不同的顏色或框。

在其它實(shí)施方式中，步驟9003、步驟9004、步驟9005和步驟9006組合使用，這省略一個(gè)或多個(gè)步驟。在其它實(shí)施方式中，偏振圖像數(shù)據(jù)或多維(例如色彩融合)數(shù)據(jù)可以被人查看用于流體檢測，且不應(yīng)用算法。

利用從ir成像偏振計(jì)提取的圖像特征的組合的算法可以用于檢測外來流體。一旦檢測到潛在的值得注意的特征，則可以自動地向操作者突顯這些特征以及可以通過某種通告機(jī)構(gòu)(蜂鳴器或燈)給出警告。

圖10a和圖10b分別為水上外來流體(例如油)在夜間的熱像和偏振圖像，其示出了偏振圖像的流體檢測的示例性改進(jìn)。圖像上的值示出了在水面101上和在外來流體102的區(qū)域中的各個(gè)位置處的用于熱像的輻射測定量和用于偏振圖像的偏振量。對于熱像，流體和水之間的對比度非常輕微。對于偏振圖像，該對比度明顯更好。

圖11a為在水101上的外來流體102在夜間的示例性熱像。如在圖11a中可見，外來流體102在熱像中幾乎不可檢測到。

圖11b為圖11a的外來流體102也在夜間的示例性偏振圖像。重要地，利用本文中所公開的方法，不使用外部光源。使用本文中所公開的方法來產(chǎn)生圖11b的偏振圖像。在偏振圖像中，外來流體102很容易可檢測。圖11b的偏振圖像示出了在圖11a的熱像上的顯著改進(jìn)。在圖11a和圖11b中，熱感照相機(jī)和偏振計(jì)分別被定位為與水面101成斜角。

圖11c為圖11a的在水101上的外來流體102在夜間的示例性熱像，其中偏振計(jì)處于比圖11a的圖像更淺的角度。以粗略15度拍攝圖11a和圖11b的圖像，以及以粗略5度拍攝圖11c和圖11d的圖像。如在圖11c中可見，外來流體102在熱像中實(shí)際上不可檢測到。

圖11d為圖11c的外來流體102也在夜間的示例性偏振圖像，其中偏振計(jì)處于與圖11c的圖像中的熱感照相機(jī)一樣淺的角度。在偏振圖像中，外來流體102很容易可檢測到。在圖11d的偏振圖像中，外來流體102仍很容易被檢測到。在圖11a和圖11b中，熱感照相機(jī)和偏振計(jì)分別被定位為與水面101成斜角。

圖12a、圖12b和圖12c分別為在水101上的外來流體102的熱像、偏振圖像和色彩融合圖像。圖12a的熱像示出了非常小的對比度，圖12b的偏振圖像示出了強(qiáng)對比度，以及圖12c的色彩融合圖像以紅色突出了外來流體的檢測。

圖13a為加利福尼亞州的圣巴巴拉市的海岸在2015年的夏季泄漏的油的熱像，其示出了在水面101上的油102。圖13b為圖13a的泄漏的可見圖像。圖13c為同一泄漏的偏振圖像，其示出了清晰可見的油102。圖13d為同一泄漏的色彩融合圖像，其示出了以紅色突出的油102。