(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219180.3 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 长春理工大 学 地址 130022 吉林省长 春市卫星路7089号 (72)发明人 付强　王佳林　史浩东　李英超　 谢国芳　范剑超　马毅　姜会林　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 姜明君 (51)Int.Cl. G01N 21/21(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/84(2006.01) G01N 21/47(2006.01) G02B 27/10(2006.01)G02B 27/28(2006.01) G06V 20/13(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06V 20/17(2022.01) G06V 20/10(2022.01) (54)发明名称 一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置及 其监测方法 (57)摘要 本发明属于赤潮探测技术领域， 公开了一种 基于主动照明的赤潮偏振监测装置及其监测方 法。 建立一套目标海域的偏振赤潮优势种数据 库； 调取目标海域的遥感图像， 利用决策树分类 法确定大致的赤潮区域； 利用无人机挂载赤潮偏 振监测装置对确定的赤潮水域进行图像采样； 通 过偏振分析仪得到散射光的偏振度， 并通过对采 样的图像计算得到偏振对比度数值； 基于偏振度 的数值及偏振对比度数值与所建立的目标海域 的偏振赤潮优势种数据库进行置信度计算； 基于 置信度判断赤潮为已知赤潮优势种或赤潮为未 知赤潮优势种。 本发明用以解决现有技术中使用 航天航空遥感测量法在赤潮识别时容易受天气 影响造成误检及漏检的问题。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115290572 A 2022.11.04 CN 115290572 A 1.一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置， 其特征在于， 所述赤潮偏振监测装置包括 主动照明光发射端 （1） 和偏振光信号接收端 （2） ； 所述主动 照明光发射端 （1） 用于照亮水体中的赤潮； 所述偏振光信号接收端 （2） 用于采集经 水体散射的偏振光信号。 2.根据权利要求1所述一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置， 其特征在于， 所述主动 照明光发射端包括前置扩束镜组 （11） 、 后置准直镜组 （12） 、 偏振调制模块 Ⅰ（13） 和大功率多 波段可调谐激光 光源 （14） ； 所述大功率多波段可调谐激光光源 （14） 可发出不同波段的激光用于照明， 大功率多波 段可调谐激光光源 （14） 发出的入射光通过偏振调制 模块I （13） 进行起偏， 使发出的入射光 为偏振光， 再通过后置准直镜组 （12） 将发散的照明光进 行光束整 形使其沿光轴射入前置扩 束镜组 （1 1） ， 前置扩束镜组 （1 1） 将沿光轴入射 光进行光束扩散用于大视场照明。 3.根据权利要求2所述一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置， 其特征在于， 所述偏振 光信号接收端 （2） 包括反射镜组 （21） 、 狭缝 （22） 、 准直镜组 （23） 、 分光棱镜 （24） 、 偏振成像模 块 （25） 、 CCD相机 （26） 、 偏振调制模块 Ⅱ（27） 、 光谱调制模块 （28） 、 偏振分析仪 （29） 、 仪器控 制模块 （210） 、 图像存 储与处理模块 （21 1） 和电源 控制模块 （212） ； 所述反射镜组 （21） 、 狭缝 （22） 、 准直镜组 （23） 将散射光进行接收， 由分光棱镜 （24） 将光 分为两束， 由偏振分析仪 （29） 和偏振成像模块 （25） 进行接收， 通过仪器控制模块 （210） 控制 偏振调制模块 Ⅱ（27） 、 光谱调制模块 （28） 对不同偏振态的散射光进行偏振成像和偏振散射 光信号分析， 生成图像由图像存储与处理模块 （211） 进行储存和处理， 电源控制模块 （212） 为偏振光信号接收端 进行供电。 4.根据权利要求1所述一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置的监测方法， 其特征在 于， 所述监测方法具体包括以下步骤： 步骤1： 建立 一套目标海域的偏振赤潮优势种数据库； 步骤2： 调取目标海域的遥感图像， 利用决策树分类法确定大致的赤潮区域； 步骤3： 利用无 人机挂载赤潮偏振监测装置对步骤2确定的赤潮水域进行图像采样； 步骤4： 通过偏振分析仪 （29） 得到散射光的偏振度， 对步骤3采样的图像计算得到偏振 对比度数值； 步骤5： 基于步骤4的偏振度的数值及偏振对比度数值与步骤1所建立的目标海域的偏 振赤潮优势种数据库进行置信度计算； 步骤6： 基于步骤5的置信度判断赤潮为已知赤潮优势种或赤潮为未知赤潮优势种。 5.根据权利要求4所述一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置的监测方法， 其特征在 于， 所述步骤2利用决策树分类法确定大致的赤潮区域具体包括以下步骤： 步骤2.1： 利用公式 （1） 区分陆地和水体： （1） 其中， A为陆地和水体的阈值， 为第三波段遥感反射率， 为第五波段遥感反射率， 计算 的数值， 通过阈值分割提取 水体区域； 步骤2.2： 利用公式 （2） 区分水体和赤潮：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115290572 A 2（2） 其中， B为水体和赤潮的阈值， 为第一波段遥感反射率， 为第三波段遥感反射率， 为第四波段遥感反射 率， 通过阈值分割提取赤潮区域； 步骤2.3： 采用最大类间方差法进一 步计算赤潮面积： 遥感图像的像素总数为 ， 个灰度级 ， 灰度值为 的像素总数为 ni， 像素 出 现的概率 为： （3） 设遥感图像的初始阈值为t， 当像素的灰度值小于初始阈值t， 归类为 类， 反之则归类 为 类， 其中 类和 类分别代表背景和前景； 遥感图像像素出现的概率和灰度均值分别 用 来表示， 公式有： （4） 其中， 为类间方差， 当 取最大值时， 获得最佳阈值； 为遥感图像背景类的像素 出现的概率， 为遥感图像前景类的像素出现的概率， 为遥感图像背景类的像素出现 的 灰度均值， 为遥感图像前 景类的像素 出现的灰度均值。 6.根据权利要求4所述一种基于主动照明的赤潮偏振监测装置的监测方法， 其特征在 于， 所述步骤3对赤潮水域进 行图像采样具体为， 利用主动照明光 发射端对赤潮水域进行主 动照明， 同时利用偏振光信号接收端对散射 光进行接收； 启动主动照明光发射端中大功率多波段可调谐激光光源进行照明， 其选定波长为460 ， 选定偏振方向为0 °， 照明光通过后置准 直镜组和前置扩束镜组进行 大视场照明； 启动偏振光信号接收端， 散射光通过反射镜组、 狭缝、 准直镜组将散射光束准直， 并通 过分光棱镜 分光给偏振成像模块和偏振分析仪； 其中偏振成像模块中光谱调制模块调整为 主动照明光发射端对应的波长460 ， 偏振调制模块 Ⅱ调整为0°、 45°、 90°和135°， 依次在 CCD相机将接收到的偏振光信号进 行成像， 并通过图像存储与处理模块进 行储存和处理， 最 终得到偏振度图像， 偏振度图像公式为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115290572 A 3