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CN111339848A - 一种自然环境下人造目标识别方法及装置 - Google Patents

一种自然环境下人造目标识别方法及装置 Download PDF

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CN111339848A
CN111339848A CN202010091806.1A CN202010091806A CN111339848A CN 111339848 A CN111339848 A CN 111339848A CN 202010091806 A CN202010091806 A CN 202010091806A CN 111339848 A CN111339848 A CN 111339848A
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徐文斌
杨敏
孙振远
周志远
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Beijing Institute of Environmental Features
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Abstract

本发明涉及目标识别技术领域，特别涉及一种基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法及装置，该方法包括：分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据；在相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；计算待测人造目标与自然背景表面反射光斯托克斯参量；并分别计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；再根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度；最后根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。本发明识别方法提高了目标与背景的对比度，增强了图像质量，提升了识别准确率。

Description

一种自然环境下人造目标识别方法及装置
技术领域
本发明涉及目标识别技术领域，尤其涉及一种基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法及装置。
背景技术
随着现代高科技信息化的发展，人造目标可近似与自然背景做到“同谱同色”，从而使其较好地隐藏在自然背景中，传统的光强或光谱探测手段很难从复杂的自然背景中有效地对人造目标进行快速识别。
偏振探测是近几十年来发展的一种新型探测技术，它是在强度探测的基础上，利用物体表面反射的偏振特征，增加了目标探测的维度信息，提升目标与背景之间的对比度，增强图像的质量，凸显目标的边缘与轮廓特征。因此，利用人造目标与自然背景的偏振特性差异，有助于提升目标探测与识别准确率。
在偏振成像探测领域中，现有方法将偏振度对比度参量作为衡量偏振探测性能的重要指标。但是在可见近红外波段，偏振度对比度参量通常具有一定的波段选择性，测量不同目标与背景时，需要选取合适的波段进行偏振探测。因此，利用单一偏振成像系统进行多类目标与背景的同时探测识别时，偏振度对比度参量不具有探测优势。
因此，针对以上不足，需要提供一种能够解决可见近红外波段范围内偏振度探测的波段选择性问题的自然环境下人造目标识别方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于现有识别方法利用偏振度对比度参量具有波段选择性问题，针对现有技术中的缺陷，提供了一种基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自然环境下人造目标识别方法，包括如下步骤：
S1、分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据；
S2、在与所述步骤S1相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
S3、根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量；
S4、根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；
S5、根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度；
S6、根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
优选地，所述步骤S1中，分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射后在0°、60°和120°三个不同偏振方向的强度图像数据，并分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
优选地，所述步骤S3中，根据以下公式计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000031
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量。
根据以下公式计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000032
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
优选地，所述步骤S4中，根据以下公式计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000033
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示步骤S2中获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像的辐射强度值；
根据以下公式计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000034
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比。
优选地，所述步骤S5中，根据以下公式计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度：
Figure BDA0002383662970000041
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
本发明还提供了一种自然环境下人造目标识别装置，包括：
偏振成像探测系统，用于分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据；
可见光相机，用于在与所述偏振成像探测系统相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
数据处理单元，用于根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量；
所述数据处理单元，还用于根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；
所述数据处理单元，还用于根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度；
目标识别单元，用于根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
优选地，所述偏振成像探测系统，用于分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射后在0°、60°和120°三个不同偏振方向的强度图像数据，并分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
优选地，所述数据处理单元，根据以下公式计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000051
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量。
根据以下公式计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000052
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
优选地，所述数据处理单元，根据以下公式计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000053
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示可见光相机获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像的辐射强度值；
根据以下公式计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000061
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比。
优选地，所述数据处理单元，根据以下公式计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度：
Figure BDA0002383662970000062
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
实施本发明的自然环境下人造目标识别方法及装置，具有以下有益效果：本发明提出的基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法，通过解算人造目标与自然环境的偏振反射比对比度，能够解决现有识别方法可见近红外波段范围内偏振度探测的波段选择性问题，提高了人造目标与自然背景之间的对比度，增强了图像的质量，能够使得目标的边缘与轮廓特征更加突出，提高了识别准确率，并为自然环境下目标的准确探测与识别提供了一种新的途径。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的自然环境下人造目标识别方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的自然环境下人造目标识别装置的示意图；
图3是本发明方法计算的人造目标与自然背景的偏振反射比对比度和传统方法计算的偏振度对比度的结果对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供的自然环境下人造目标识别方法，通过以下步骤实现：
首先，在步骤S1中，分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据。
本发明中获取偏振反射比的探测设备可以采用多光谱偏振成像探测系统，具体实施时，选定待测的人造目标与自然背景区域，利用该系统分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据。
在一个实施例中，可以选取待测人造目标和自然背景表面经太阳光反射后在0°、60°以及120°三个不同偏振方向的强度图像数据，分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
本发明中提到的Stokes矢量即斯托克斯矢量，本发明采用4×1的Stokes矢量S＝(S0,S1,S2,S3)T表示偏振成像探测系统每个像元的偏振态，其中，参量S0与入射光强相关；S1与0°和90°方向的线偏振信息相关；S2与45°和135°方向的线偏振信息相关，S3与左旋及右旋的圆偏振信息相关，在可见近红外波段，自然目标的圆偏振分量可忽略不计。
随后步骤S2中，在与所述步骤S1相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据。
本发明在步骤S2中可以采用可见光相机，例如ILCE-A7R2相机，该相机能够获取地面目标场景光学辐射强度图像，在与步骤S1相同的测量环境、观测角度、空间分辨率等条件下，利用该相机测量标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，记为Iref。
随后在步骤S3中，根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量。
具体实施时，可以根据待测人造目标表面经太阳光反射后在不同偏振方向的强度图像数据和Stokes参量计算公式，计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000081
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量。
同样地，还可以根据自然背景表面经太阳光反射后在不同偏振方向的强度图像数据和Stokes参量计算公式，计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000091
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
随后，在步骤S4中，根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比。
偏振反射比定义为物体表面偏振反射辐亮度与照射到物体表面总的入射辐照度的比值，对于总的入射辐照度常用获取方法是利用朗伯体参考表的辐亮度与其半球反射率的比值计算得到。因此，偏振反射比可由相同入射、探测条件下，目标表面偏振反射光与理想朗伯体反射光之间比值得到。
具体地，可以根据所述待测人造目标表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，结合偏振反射比计算公式，计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000092
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示步骤S2中获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
同样地，还可以根据自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，结合偏振反射比计算公式，计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000101
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比。
随后，在步骤S5中，根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
本发明中，偏振反射比对比度定义为目标与背景偏振反射比之差与其偏振反射比之和的比值。
具体地，待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度由以下表达式表示：
Figure BDA0002383662970000102
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
最后，根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
本发明提出的基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法，通过解算人造目标与自然背景的偏振反射比对比度，能够解决可见近红外波段范围内偏振度探测的波段选择性问题，提高了目标与背景之间的对比度，更加凸显出人造目标的边缘和轮廓特征，能够更加准确地识别出自然环境下的人造目标。
实施例二
如图2所示，本实施例二提供的自然环境下人造目标识别装置，包括：
偏振成像探测系统100，用于分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据。本发明中的偏振成像探测系统可以采用多光谱偏振成像探测系统，该偏振成像探测系统执行的操作与前述识别方法中步骤S1的一致，在此不再赘述。
在一个实施例中，偏振成像探测系统可以用于获取待测人造目标和自然背景表面经太阳光反射后0°、60°和120°三个不同偏振方向的强度图像数据，分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
该装置还包括可见光相机200，用于在与所述偏振成像探测系统相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；该可见光相机执行的操作与前述识别方法步骤S2中的一致，在此不再赘述
此外，该装置还包括数据处理单元300，用于根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量；还用于根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；还用于根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
其中具体实施时，可以根据待测人造目标表面经太阳光反射后在不同偏振方向的强度图像数据和Stokes参量计算公式，计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000111
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量。
同样地，还可以根据自然背景表面经太阳光反射后在不同偏振方向的强度图像数据和Stokes参量计算公式，计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure BDA0002383662970000121
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
具体地，可以根据所述待测人造目标表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，结合偏振反射比计算公式，计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000122
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示可见光相机获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
同样地，还可以根据自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，结合偏振反射比计算公式，计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure BDA0002383662970000123
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比；
此外，待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度可以由以下表达式表示：
Figure BDA0002383662970000131
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
该数据处理单元所执行的操作与前述自然环境下人造目标识别方法步骤S3至S5中的一致，在此不再赘述，具体请参照前述相关内容。
最后，该装置还包括目标识别单元400，用于根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
本发明提出的基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别装置，能够解决现有识别方法利用偏振度对比度参量所具有的波段选择性问题，提高目标与背景之间的对比度，增强了图像质量，提升了识别准确率，且为自然环境下目标的准确探测与识别提供了一种新的途径。
应该理解地是，本发明的自然环境下人造目标识别装置的原理与前面自然环境下人造目标识别方法相同，因此对于自然环境下人造目标识别方法的实施例的具体阐述也适用于自然环境下人造目标识别装置。
本发明还将所提出的自然环境下人造目标识别方法计算得到的偏振反射比对比度与传统方法计算得到的偏振度对比度的结果进行比对，验证了本发明方法能够有效地提高人造目标与自然背景之间的对比度。具体参照图3所示，图3(a)为绿色涂层与土壤的偏振反射比对比度和偏振度对比度的对比结果；图3(b)为黑色涂层与土壤的偏振反射比对比度和偏振度对比度的对比结果。由此明显可以看出，根据本发明方法计算得到的偏振反射比对比度明显高于由传统方法得到的偏振度对比度，因此，本发明方法能够显著地提高目标与背景的对比度，尤其是对于自然环境下人造目标的识别具有较好的识别效果，较为明显地提升了识别准确率。
综上所述，本发明提出的基于偏振反射比对比度的自然环境下人造目标识别方法及装置，通过解算人造目标与自然环境的偏振反射比对比度，能够解决现有识别方法可见近红外波段范围内偏振度探测的波段选择性问题，提高了人造目标与自然背景之间的对比度，增强了图像的质量，提高了自然环境下人造目标识别的准确度，并为自然环境下目标的准确探测与识别提供了一种新的途径。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自然环境下人造目标识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据；
S2、在与所述步骤S1相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
S3、根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量；
S4、根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；
S5、根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度；
S6、根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
2.根据权利要求1所述的自然环境下人造目标识别方法，其特征在于：所述步骤S1中，分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射后在0°、60°和120°三个不同偏振方向的强度图像数据，并分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
3.根据权利要求2所述的自然环境下人造目标识别方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据以下公式计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure FDA0002383662960000021
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量
根据以下公式计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure FDA0002383662960000022
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
4.根据权利要求3所述的自然环境下人造目标识别方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据以下公式计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure FDA0002383662960000023
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示步骤S2中获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像的辐射强度值；
根据以下公式计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure FDA0002383662960000031
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比。
5.根据权利要求4所述的自然环境下人造目标识别方法，其特征在于，所述步骤S5中，根据以下公式计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度：
Figure FDA0002383662960000032
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
6.一种自然环境下人造目标识别装置，其特征在于，包括：
偏振成像探测系统，用于分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射引起的不同偏振方向的强度图像数据；
可见光相机，用于在与所述偏振成像探测系统相同测量条件下，获取标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据；
数据处理单元，用于根据所述不同偏振方向的强度图像数据，计算待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量；
所述数据处理单元，还用于根据所述待测人造目标与自然背景表面反射光Stokes参量和标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像数据，计算太阳光经待测人造目标与自然背景表面引起的偏振反射比；
所述数据处理单元，还用于根据所述偏振反射比，计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度；
目标识别单元，用于根据所述偏振反射比对比度进行人造目标识别。
7.根据权利要求6所述的自然环境下人造目标识别装置，其特征在于：所述偏振成像探测系统，用于分别获取太阳光经待测人造目标和自然背景表面反射后在0°、60°和120°三个不同偏振方向的强度图像数据，并分别记为Itr(0°)、Itr(60°)、Itr(120°)、Ibg(0°)、Ibg(60°)和Ibg(120°)，其中Itr(0°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Itr(60°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Itr(120°)表示太阳光经待测人造目标表面反射后在120°偏振方向的强度图像数据，Ibg(0°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据，Ibg(60°)表示太阳光经自然背景表面反射后在60°偏振方向的强度图像数据，Ibg(120°)表示太阳光经自然背景表面反射后在0°偏振方向的强度图像数据。
8.根据权利要求7所述的自然环境下人造目标识别装置，其特征在于，所述数据处理单元，根据以下公式计算待测人造目标表面反射光Stokes参量：
Figure FDA0002383662960000041
上式中，Itr表示待测人造目标表面反射光总光强度，Qtr表示待测人造目标表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Utr表示待测人造目标表面反射光45°方向直线偏振光分量
根据以下公式计算自然背景表面反射光Stokes参量：
Figure FDA0002383662960000042
上式中，Ibg表示自然背景表面反射光总光强度，Qbg表示自然背景表面反射光X轴方向直线偏振光分量，Ubg表示自然背景表面反射光45°方向直线偏振光分量。
9.根据权利要求8所述的自然环境下人造目标识别装置，其特征在于，所述数据处理单元，根据以下公式计算太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比：
Figure FDA0002383662960000051
上式中，Rptr表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比，Iref表示可见光相机获取的标准聚四氟乙烯漫射板表面反射光强度图像的辐射强度值；
根据以下公式计算太阳光经自然背景表面引起的偏振反射比：
Figure FDA0002383662960000052
上式中，Rpbg表示太阳光经待测人造目标表面引起的偏振反射比。
10.根据权利要求9所述的自然环境下人造目标识别装置，其特征在于，所述数据处理单元，根据以下公式计算待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度：
Figure FDA0002383662960000053
其中，CRp表示待测人造目标与自然背景偏振反射比对比度。
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