基于偏振成像的低光照强背景噪声下的目标位姿估计

张 然，桂心远，成昊远，褚金奎

（大连理工大学辽宁省微/纳米技术与系统重点实验室精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连116024）

1 引言

物体位姿信息在航空、航海、室内机器人定位等领域都有着十分重要的地位［1-2］。为了保证在各种工况下目标位姿的实时可控，对物体位姿进行精准测量是必要的，这也对物体位姿测量技术提出了更高的要求。位姿测量主要针对物体的6个自由度进行检测：俯仰角、偏航角、翻滚角以及X，Y，Z3个方向上的位移。与惯性测量位姿和雷达测量位姿相比，视觉测量位姿具有非接触、直观性强、测量精度较高、抗电磁干扰能力强、结构简单、测量成本低等优点，因此广泛应用于实际工程测量中［3-5］。Xu等人在室内环境下借助天花板来求解相机的位姿［6］。Zhao等人对比研究了常用的基于LED照明的方法［7］。Yin等人研究了基于单目成像系统的平面目标测量［8］。Li等人以ArUco码作为参照物测量物体的相对位姿［9］。但是在低光照条件下，比如夜间与水下，计算机视觉测量技术遇到了较大的挑战。

在自然界中，生物偏振视觉很常见，如沙蚁可以利用天空偏振光进行导航并找到自己的巢穴［10］。而在几乎全黑的水下环境中，鱿鱼和螳螂虾都具有偏振视觉，它们能在极暗的环境中捕猎和藏匿［11-12］。偏振光具有“弱光强化，强光弱化”的特点，这正是众多弱光环境下生物依赖偏振视觉的原因［13-14］，即偏振光作为信息载体，其偏振度及偏振角等信息相较光强信息具有更高的强度，传输距离远，特别适合在低光照环境中进行传递［15］。……