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Using polarization to estimate surface normals at air-water interfaces for correction of refraction in seafloor imaging

Peters, Enno und Atkinson, Gary A. und Stephan, Maurice (2024) Using polarization to estimate surface normals at air-water interfaces for correction of refraction in seafloor imaging. Applied Optics, 64 (1), Seiten 9-22. Optical Society of America. doi: 10.1364/AO.544305. ISSN 1559-128X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
10MB

Offizielle URL: https://opg.optica.org/ao/fulltext.cfm?uri=ao-64-1-9&id=565774

Kurzfassung

The retrieval of sea surface normal vectors using shape-from-polarization is investigated for the purpose of correcting for refraction at the water-air interface when imaging from above the water. In shallow clear water and overcast conditions, spectral longpass filtering (using a hard-coated 850 nm cut-on wavelength filter) is demonstrated to 1) avoid artifacts from the ground in the measured polarization state, and 2) reduce polarization from water-leaving radiance sufficiently to derive shape information exclusively from the polarization produced by specular reflection. The dependence of the method on meteorological conditions is studied. Measurements are performed with a commercial polarization filter array (PFA) camera. Due to the decreasing PFA efficiency towards the near-infrared, rigorous characterization and calibration measurements were performed and recommendations (e.g., on the f-number) elaborated. Overcoming the paraxial approximation, normal vectors are then retrieved withsystematic errors of 0.1° (image center) to 0.5°-0.8° (edges/corners) for a flat water surface. An image of the sea floor corrected for surface refraction shows maximum displacements of 10-20 pixels only (corresponding to 0.25°) with respect to a validation image without water.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211203/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Using polarization to estimate surface normals at air-water interfaces for correction of refraction in seafloor imaging
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Peters, EnnoEnno.Peters (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8380-3137NICHT SPEZIFIZIERT
Atkinson, Gary A.University of the West of England BristolNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stephan, MauriceMaurice.Stephan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6260-1114NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Dezember 2024
Erschienen in:Applied Optics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:64
DOI:10.1364/AO.544305
Seitenbereich:Seiten 9-22
Verlag:Optical Society of America
ISSN:1559-128X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polarization, shape-by-polarization, seafloor imaging
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Bremerhaven
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz maritimer Infrastrukturen
Hinterlegt von: Peters, Dr. Enno
Hinterlegt am:20 Dez 2024 14:28
Letzte Änderung:20 Dez 2024 14:28

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