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用智能光電撥開“迷霧”：TeleAI 推進水下關(guān)聯(lián)成像技術(shù)研究

發(fā)布: 2025-01-20 11:12 | 作者: MSCBSC | 來源: 移動通信網(wǎng) | 字體: 小中大

水下成像技術(shù)是海洋研究、資源勘探和水下考古等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，在幾十米深的近海水域，由于海水渾濁不清，水下探測和識別面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這個問題，中國電信CTO、首席科學家、中國電信人工智能研究院（TeleAI）院長李學龍教授帶領(lǐng)團隊展開了深入研究，并創(chuàng)新研發(fā)了一項“多偏振信息融合的水下關(guān)聯(lián)成像技術(shù)”。該技術(shù)通過優(yōu)化數(shù)據(jù)采集、噪聲分析和網(wǎng)絡(luò)訓練，顯著提高了重建目標圖像的質(zhì)量，為深度學習輔助的水下關(guān)聯(lián)成像提供了一種有效解決方案。在數(shù)據(jù)采集階段，該方法通過采集線偏振與圓偏振激光照明下待測目標透射或反射的一維光強信號，獲取待測目標的多偏振信息。其中，線偏振信號可以有效濾除水下懸浮顆粒物的后向散射，圓偏振信號則能夠提供更穩(wěn)定的信號傳輸，減少由于散射引起的光場信息退化。通過線偏振光和圓偏振光的融合，可以進一步提高目標回波信號獲取的完整性。在數(shù)據(jù)分析階段，團隊設(shè)計了多分支融合架構(gòu)，融合分析兩種偏振模式下采集信號的波動性，從而提高信息分析效率。通過設(shè)計多分支空間通道交叉注意模塊，探究目標線偏振信息和圓偏振信息之間的關(guān)聯(lián)性，進而促進編碼器和解碼器之間多分支特征信息的融合。協(xié)同融合目標線偏振與圓偏振信號，顯著提高了重建目標信息的保真度。在網(wǎng)絡(luò)訓練階段，使用采集待測目標的多偏振信息作為標簽，進一步顯著提高該方法的泛化性。MPFNet網(wǎng)絡(luò)充分結(jié)合了底層物理模型，將獲取的一維目標信號作為監(jiān)督標簽，避免了對預(yù)訓練的依賴。通過在自由空間與涉水環(huán)境中的實驗驗證，MPFNet方法顯著提高了強動態(tài)散射介質(zhì)中的關(guān)聯(lián)成像效果。通過三個關(guān)鍵創(chuàng)新，這項研究提升了圖像重建質(zhì)量，使其能夠在具有挑戰(zhàn)性的涉水環(huán)境中以低采樣率實現(xiàn)有效重建。實驗結(jié)果證明，通過融合線偏振和圓偏振的目標信號，能夠利用噪聲調(diào)控算法高質(zhì)量重建不同散射介質(zhì)中的目標圖像，為深度學習輔助強動態(tài)散射介質(zhì)的關(guān)聯(lián)成像提供有效解決方案。李學龍教授帶領(lǐng)團隊的研究成果，顯著提高了光場的信息利用率，能在強動態(tài)散射條件下高質(zhì)量重建目標圖像，為水下探測與成像設(shè)備的研發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)，可應(yīng)用于海洋科考、資源勘探、水下考古等多種領(lǐng)域。盡管該技術(shù)目前主要是針對涉水環(huán)境提出的，但偏振成像技術(shù)本身在霧霾、逆光等復(fù)雜大氣條件下也有一定的應(yīng)用潛力。其多偏振信息融合和信號處理的思路，為在大氣環(huán)境中克服類似的散射和干擾問題提供了借鑒和啟示，有望通過進一步的研究和改進，拓展到大氣光學探測領(lǐng)域，提高在霧霾、逆光等復(fù)雜大氣條件下的目標探測能力。