二、偏振矢量图像融合原理

2.1偏振光的产生

由振动方向与光波的前进方向形成的平面，被称为振动平面，将光的振动平面限制在某一固定方向，被称为平面偏振光或线偏振光。

如果光波的电矢量的振动空间分布，存在着相对于光的传播方向失去对称性的现象。那么就只有横波才能产生偏振，所以光的偏振，其实是光的波动性的另一个证明例子。

在垂直于传播方向的平面内，则包括所有可能方向的横向振动，实际上就平均而言，它们在所有方向上的振幅都是一样的。横向振动与传播方向对称的光称为自然光（非偏振光）。振动失去这种对称性的光统称为偏振光。

2.2偏振光的种类

偏振光是指光矢量的振动方向不改变或有规律变化的光波。偏振光按其性质可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光。

(1) 自然光

因为我们看到的（如阳光、灯光）自然光，其实是由许多光波列组成的。尽管光在自然界中是偏振的，但在自然界中的大多数情况下，光似乎是非偏振的。这些光波列中的每一个都是偏振的，但它们的偏振方向是随机的并且不断变化。平均而言，在我们的观察期内，这两个方向都没有优势。这是自然光，也称为非偏振光。

(2) 线偏振光

自然光通过偏振装置后，只有一个方向的偏振光可以通过，我们得到线偏振光。确定线性偏振光的振动方向。

(3) 部分偏振光

如果线偏振光与部分自然光混合，也就是说，这种光包含了各个方向的偏振光，偏振的优势体现在某个方向上。它是部分偏振光。

(4) 圆偏振光

圆偏振光光矢量沿圆周旋转，也就是说，这种光的偏振方向有规律地旋转。然而，光矢量的强度在旋转过程中保持不变。它是圆偏振光。

在圆偏振光的观察期间平均，圆偏振光类似于自然光。然而，圆偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向是随机的、不规则的变化的。

(5) 椭圆偏振光

椭圆偏振光的光矢量沿椭圆旋转，换句话说，这种光的偏振方向也有规律地旋转，但其光矢量的强度也在旋转过程中发生变化。

在椭圆偏振光观察期间，平均椭圆偏振光的结果与部分偏振光的结果相似。但与部分偏振光不同的是，它的偏振方向和光矢量的大小是按照着一定的规律变化的。

(6) 部分偏振光

如果光波的电矢量振动，在其传播过程中仅在某个方向上相对占优势，这种偏振光称为部分偏振光。

2.3偏振光表示方法

2.3.3邦加球法

斯托克斯向量的元素与笛卡尔坐标系中球体的坐标完全对应。如果将第一项归一化为单位圆，则它是 Bonga 球体。球体赤道的上半部分为正，代表右旋偏振光；球体的下半部分是负的，代表左偏振光。

球体赤道上的点代表不同方位角的线偏振光；球体的北极和南极代表左旋或右旋圆偏振光；球体上的其余点代表椭圆偏振光。例如，I=[1;-0.2;-0.5;0.8994] 的椭圆偏振光可以表示为：

2.4 HSI伪彩色融合

2.4.1 HSI色度空间

色彩空间的划分是为了便于以一定的标准来规范不同的色彩。它基本上是一个标准系统，每种颜色都由系统中的一个点表示。此时常用的色彩空间分为两类：面向（如彩色动画）应用的和面向（如彩色显示器和打印机）硬件的。

在数字图像处理方面，面向硬件的模型通常在彩色显示器和彩色打印机中使用 RGB（红、绿、蓝）模型相机； CMY（青色、品红色、黄色）彩色（青色、品红色、黄色）和CMYK（青色、品红色、黄色、黑色青色、品红色、黄色、黑色）打印机型号等，HSI（色相、饱和度、强度、亮度）

在这些常用的色度空间中最接近人类的描述，因此，HSI 具有减少图像中颜色和灰度信息干扰的先天优势，因此 HSI 非常适合处理许多大型 y 尺度图像。

1915年，美国调色师蒙苏（HAMunseu）提出了一种新的HSI色度模型色度模型。HSI色度模型以人类视角为模型，根据色调、饱和度和亮度来描述颜色。 HSI 模型的三维视图如图 2-3 所示。

HSI色度模型中色相是指颜色的属性，描述颜色的简单外观，用来区分颜色的种类和名称，通常用标准色轮表示。HSI色度模型中饱和度是纯白光下稀释程度的量度，通常以颜色还原成分的百分比来衡量。HSI色度模型中亮度，又称光度，是人的主观描述，用来定义人对目标物体的辐射量或发光量的主观光感。 HSI色度模型通常由三维图中的三维中心线表示，使用黑与白的百分比。

HSI模型将图像的亮度、色调和饱和度分开，因此可以通过在图像处理过程中去除色调和饱和度，从而减少图像中光线和颜色变化的影响。因此，HSI模型在相关图像处理算法的开发中具有一定的优势。因此，HSI模型被广泛应用于机器视觉领域。

从 RGB 模型和 HSI 模型的模型立体图上，不难看出来，RGB 模型到 HSI 模型的转换，本质上是坐标系的转换，整个转换过程是基于单位立方体的转换。在笛卡尔模型上。基于极坐标圆柱的双锥体中的笛卡尔坐标系。

这里，设R、G、B分别代表红、绿、蓝坐标点，取值范围为：

2.4.2 伪彩色处理原理

计算机也可以使用二进制来表示颜色。 24位颜色称为真色，真色可以达到人眼分辨率的极限。伪彩色和灰度图像一样，也是单波段图像，但是这个单波段图像是彩色的，不再像一张灰度图，但它的每一个灰度值都对应色彩空间中的某个值。它可能是彩色图像，但请始终记住，图像只是一个通道。因此，伪彩色图像即为索引图像，伪彩色图像的颜色值是根据索引得到的。

具体来说，每个像素的颜色不是直接由每个像素的颜色原色分量的值决定的，而是将像素的颜色值作为颜色查找表（CLUT）的入口地址，来查找像素的颜色显示器。下图是从灰度图像中得到的伪彩色图像。以伪颜色的颜色为索引，找到对应的RGB值，将该值的颜色分配给像素。