[發(fā)明專利]一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106651951B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白宏陽;蘇文杰;胡福東;李成美;梁華駒;郭宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01C21/00;H04N7/18
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統(tǒng)，其特征在于，包括四通道偏振圖像采集裝置和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)兩部分，所述的四通道偏振圖像采集裝置包括四通道圖像采集模塊、圖像監(jiān)控模塊、設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊，其中四通道圖像采集模塊均通過路由與設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊連接，設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊分別與圖像監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)連接；

所述的四通道圖像采集模塊包括四路并列安裝的攝像機(jī)、攝像機(jī)安裝架、鏡頭，其中鏡頭前設(shè)置有藍(lán)色濾光片和偏振單元，且偏振單元設(shè)置于鏡頭與藍(lán)色濾光片之間；攝像機(jī)安裝架上設(shè)置安裝孔用于固定攝像機(jī)和排線；

所述設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊，用于驅(qū)動四通道圖像采集模塊拍攝大氣偏振圖像，并將采集到的圖像數(shù)據(jù)保存起來；

所述圖像監(jiān)控模塊包括視頻顯示器和視頻信號轉(zhuǎn)換器，所述的視頻信號轉(zhuǎn)換器將從設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊讀取的VGA信號轉(zhuǎn)換為AV信號，所述視頻顯示器用于監(jiān)控攝像機(jī)拍攝到的圖像，且接收上述AV信號；

所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)包括偏振信息檢測模塊、航向角解算模塊，數(shù)據(jù)處理計算機(jī)向所述設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊發(fā)送指令，完成大氣偏振圖像的采集與存儲工作；所述的偏振信息檢測模塊采用Stokes矢量法從拍攝的大氣偏振圖像中提取每一點(diǎn)的偏振度和偏振方位角；所述的航向角解算模塊通過提取的偏振信息解算載體航向角；

所述四通道圖像采集模塊中的偏振單元為一塊自帶安裝結(jié)構(gòu)的偏振片，能夠固定在攝像機(jī)鏡頭的前端，且該偏振片配備有刻度輪盤，輪盤上的刻度與偏振片的度數(shù)經(jīng)過測量一一對應(yīng)，旋轉(zhuǎn)刻度輪盤帶動偏振片一起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變偏振片相對測量基準(zhǔn)的偏振度；

所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)中的偏振信息檢測模塊、航向角解算模塊，為采用C++編寫的MFC界面，整個界面包括偏振模式檢測功能區(qū)和航向信息解算區(qū)；

所述的偏振模式檢測功能區(qū)上共有4個按鈕，分別為：讀取圖像、灰度化、偏振特性、圖像存儲；所述的讀取圖像按鈕將四通道偏振圖像采集裝置獲取的四張大氣偏振圖像讀取并顯示在界面上；所述的灰度化按鈕對四張大氣偏振圖像進(jìn)行灰度化處理，并將灰度圖顯示在界面上；所述的偏振特性按鈕提取拍攝區(qū)域的大氣偏振信息，并將生成的偏振度圖像和偏振化方向圖像依次顯示在界面上；

所述的航向信息解算區(qū)上有1個姿態(tài)解算按鈕，通過點(diǎn)擊該按鈕，可對載體的航向角進(jìn)行解算，并將結(jié)果顯示在界面上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣偏振模式檢測及航向解算系統(tǒng)，其特征在于，所述四路并列安裝的攝像機(jī)，其中攝像機(jī)型號為HIKVISION 200萬1/3”CMOS ICR日夜型槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，最高分辨率達(dá)1920×1080@30fps，可輸出實(shí)時圖像；所述的鏡頭采用可見光波段的光學(xué)鏡頭。

3.一種大氣偏振模式檢測及航向解算方法，其特征在于，該方法基于權(quán)利要求1所述的大氣偏振模式檢測及航向解算系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟1，數(shù)據(jù)處理計算機(jī)向設(shè)備驅(qū)動及數(shù)據(jù)存儲模塊發(fā)送指令，完成大氣偏振圖像的采集與存儲工作；

步驟2，偏振信息檢測模塊采用Stokes矢量法從拍攝的大氣偏振圖像中提取每一點(diǎn)的偏振度和偏振方位角，具體為：

(2.1)讀取四通道偏振圖像采集裝置獲取的四張大氣偏振圖像；

(2.2)對大氣偏振圖像進(jìn)行灰度化處理，計算灰度值，即獲取拍攝區(qū)域內(nèi)的亮度信息；

(2.3)計算拍攝區(qū)域內(nèi)每一點(diǎn)的Stokes各參量；

(2.4)提取拍攝區(qū)域的偏振信息；

步驟3，航向角解算模塊通過提取的偏振信息解算載體航向角；

步驟2所述的Stokes矢量法是一種偏振測量方法，用于表征光的偏振態(tài)，Stokes矢量通常表示為S＝(I,Q,U,V)^T，其中，I表示總光強(qiáng)，Q和U分別表示兩個方向的線偏振分量，V為圓偏振分量；偏振度d和偏振方位角由Stokes矢量表示為：