[發明專利]一種水下全偏振信息采集處理裝置和方法

有效

• 申請號: 201310362291.4
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103439000A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 沈潔;駱常見;王慧斌;徐淑芳;陳哲
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

技術領域

本發明涉及圖像采集技術領域，具體涉及一種應用于水下環境中全偏振信息采集處理裝置和方法。

背景技術

在水下環境中由于水體對光的吸收和散射作用較大，光能量在水中衰減迅速，使水下成像呈現霧化效果，對比度較差。偏振成像系統采集目標與背景的偏振信息，由于背景較為雜亂，造成背景反射光的偏振度均較低，而目標反射光的偏振度卻比背景反射光的偏振度大很多，因此利用目標與背景反射光的偏振信息差別可以較好的區分目標與背景，因此，基于偏振成像設備對水下偏振信息采集將在未來的水下探測中具有廣泛應用前景。

根據國外最新研究成果，圓偏振光被水粒子散射后，圓偏振狀態就會發生改變，而圓偏振光經過目標反射后圓偏振態改變較小，因此與陸地上偏振信息采集系統絕大多數是針對線偏振不同，在水下實現對偏振信息采集時增加對光的圓偏振分量采集更有利于提取目標信息和對目標進行探測。

基于以上描述，同時完成線偏振和圓偏振信息的采集和計算，是一個全新的研究設計策略，本發明基于FPGA技術，設計一種水下全偏振信息采集處理裝置和方法。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種水下全偏振信息采集處理裝置和方法，通過設計線偏振和圓偏振信息的集成采集裝置和計算方法，實現在水中對全偏振信息的采集和處理。

技術方案：一種水下全偏振信息采集處理裝置，主要包括全偏振信息采集和全偏振信息控制與處理兩個部分。全偏振信息采集部分是由一個圓偏振相機和三個線偏振相機組成。全偏振信息控制與處理部分是本裝置的核心，主要基于FPGA設計，包括電源、SRAM1（第一靜態隨機存儲器）、SRAM2（第二靜態隨機存儲器）、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一個D/A數模轉換器和串行接口。四個相機在I²C總線和觸發脈沖的控制下同步采集目標圖像，并存入SRAM1中，完成全偏振信息采集。FPGA讀取SRAM1中四幅偏振圖像數據進行偏振圖像的參數解算，解算出目標的總光強、線偏振分量和圓偏振分量，從而完成偏振參數計算，結果存入SRAM2中。在SRAM2存儲滿后，系統通過VGA輸出控制模塊將SRAM2中數據輸出到D/A，然后，通過串口和線纜自動輸出至上位機，并顯示圖像。

所述全偏振信息采集部分的結構為：三個線偏振相機并排置于圓偏振相機下方，其中，三個線偏振相機中0°線偏振相機位于60°線偏振相機與120°線偏振相機中間，而圓偏振相機位于0°線偏振相機的正上方。

所述全偏振信息采集部分的同步曝光設計為：將FPGA的四路觸發脈沖輸出到與門，與門的輸出信號連接到四個偏振相機的CMOS傳感器的觸發脈沖輸入引腳，四個CMOS傳感器在觸發脈沖的控制下完成同時曝光。

一種用于上述裝置的水下全偏振信息采集處理方法，包括如下步驟：

步驟一：開啟系統（系統即指上述裝置）電源，FLASH配置芯片將配置程序下載到FPGA上，FPGA首先初始化I²C總線控制器。

步驟二：通過I²C總線控制器對四個CMOS傳感器、兩個SRAM和D/A進行初始化配置，隨后FPGA利用自帶的PLL產生系統時鐘；所述時鐘驅動整個系統的工作，并通過I²C總線輸入到CMOS傳感器、SRAM1、SRAM2、D/A中。

步驟三：通過FPGA對全偏振信息采集部分輸入同步曝光信號，CMOS傳感器根據圖像采集時序輸出10位像素數據和相應的場信號、行信號、像素時鐘信號，FPGA根據場信號實現四通路圖像的讀入，由于CMOS傳感器采集圖像數據速率的限制，圖像數據經過內部緩存存入SRAM1中。

步驟四：當一幀圖像的存儲進程結束后即執行偏振參數計算進程，偏振參數計算模塊讀取SRAM1中的數據，根據斯托克斯方程實現對偏振參數的解算，并將解算的結果存入SRAM2中，當SRAM2存滿后將SRAM2的輸出控制位OE置為有效位。

所述全偏振參數的解算流程是：將存儲在SRAM1中的四幅原始偏振圖像讀入偏振參數解算模塊，根據斯托克斯方程解算出I、Q、U、V四個分量，解算出的四個結果有兩個數據流向，一個是經偏振參數讀寫模塊存入SRAM2中，另一個是作為下一步計算的輸入，進行線偏振度、全偏振度、線偏振角的計算，解算出的線偏振度、全偏振度、線偏振角存儲到SRAM2中。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：