DZK 33UX250：克服影像挑战，提高海事基础设施的安全及保障

概述

上个世纪以来，海事基础设施的复杂性急剧增加。 德国航空航天中心 (DLR) 海上基础设施保护研究所 研究提升海上基础设施 (例如离岸装置、港口和船舶) 安全及保安的方法和技术。 具体来说，这包括基于视觉的系统，以改善海底基础设施的监控和侦察。 该研究所的科学家 Enno Peters 博士一直在使用 The Imaging Source 的工业相机 DZK 33UX250, 该相机采用 Sony 的 Polarsens 传感器。 此传感器的芯片上偏光技术可捕捉多方向偏光影像，从而实现多种图像处理优势，例如改善对比度及减少眩光。

面临的挑战

由于光线的折射，使得透过水面记录海床（例如从无人机上）或探测和识别水下物体变得更加困难。特别是在使用传统相机系统时，这可能会导致影像失真和定位错误。 偏振测量可用于取得物体表面方向的信息。 传统上，漫反射辐射会用到所谓的「从偏振看形状」方法。但对于水面的重建，则使用镜面反射的天空光。由于反射光的 s- 与 p- 分量的菲涅尔系数不同，反射辐射会因观察几何形状而部分偏振。 挑战在于每次测量时，表面反射光都会与水体上升的光线重迭。 后者重新出现在水面时会发生折射，因此也会部分偏振，也就是说这两个部分会互相影响。

如何进行

在一项研究中， DZK 33UX250 用于研究一种使用光谱长通滤光器的方法，这种方法可以抑制来自水的光线。 此效果是基于液态水的吸收在红外线范围内强烈增加的事实。 此外，还开发了一种算法，可根据偏振测量结果，以像素精确度计算水面的局部倾斜，并补偿投影（paraxial approximation），使其也适用于短焦距。 在此基础上，成功证实从水面取得的数据可用于补偿海床影像因折射所造成的扭曲。 这些结果以科学文章的形式发表在期刊 Applied Optics。

进一步发展

目前的研究重点是缩短相机的曝光时间，即使在移动的水面上也能捕捉到准确的数据。 由于目前的方法依赖于非偏振辐射（云层覆盖），因此正在进行研究，使该技术适用于不同的天气条件和水域类型。 在双频道系统中，Polarsens 可与传统相机结合来记录海床。