[發(fā)明專利]主動(dòng)式偏振目標(biāo)增強(qiáng)的共光路全景環(huán)帶光學(xué)成像裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710028565.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106773034A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃瀟;杜娟;白劍;羅宇杰;羅宇鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B27/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 劉靜,邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域的一種成像系統(tǒng)，尤其涉及一種主動(dòng)式偏振目標(biāo)增強(qiáng)的共光路全景環(huán)帶光學(xué)成像裝置。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，大視場(chǎng)光學(xué)成像系統(tǒng)由于其具有對(duì)大范圍內(nèi)物體進(jìn)行探測(cè)的能力，已被廣泛用于空間探測(cè)、軍事偵察、安防監(jiān)控、管道內(nèi)窺等領(lǐng)域。許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)大視場(chǎng)光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的輕量化和高效能提出了要求，如車(chē)輛、飛行器需要對(duì)周?chē)拷哪繕?biāo)實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警，交通監(jiān)控中需要實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍內(nèi)車(chē)輛目標(biāo)的高效檢出等。

利用全景光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)能在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。傳統(tǒng)的單視場(chǎng)全景掃描成像技術(shù)是利用由單個(gè)成像鏡頭組成的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一周獲得一系列圖像，或沿360°各個(gè)方向放置一組單鏡頭進(jìn)行同時(shí)分別拍攝后進(jìn)行圖像拼接完成，相機(jī)拍攝條件要求嚴(yán)格，圖像處理耗時(shí)較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性欠佳，同時(shí)其體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；谄矫鎴A柱投影原理的全景環(huán)帶成像技術(shù)是一種與傳統(tǒng)中心投影原理不同的成像技術(shù)，可在無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，將周?chē)矬w一次性地成像在單個(gè)圖像傳感器上，從光學(xué)原理上實(shí)現(xiàn)了360°全景凝視成像。全景環(huán)帶光學(xué)成像系統(tǒng)是一種折反式的大視場(chǎng)成像系統(tǒng)，體積小，重量輕，制作工藝與普通全折射光學(xué)系統(tǒng)類似，設(shè)計(jì)方式靈活，可以有效地對(duì)四周的大視場(chǎng)范圍內(nèi)的物體成像，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)。

一般成像系統(tǒng)獲得的圖像容易受到外界環(huán)境因素的影響，對(duì)于隱藏在自然背景中的人造目標(biāo)，圖像中目標(biāo)與背景的對(duì)比度低使得目標(biāo)不易被發(fā)現(xiàn)，這對(duì)于大視場(chǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)探測(cè)十分不利。為此，人們提出拓展成像過(guò)程中獲得的信息維度來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)增強(qiáng)，提高目標(biāo)的檢出率，如光譜信息、深度信息、偏振信息等。其中，基于偏振信息的目標(biāo)增強(qiáng)成像方式可以區(qū)分目標(biāo)與背景的偏振特征差異，在獲取強(qiáng)度和偏振信息的同時(shí)，有效增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)，提高復(fù)雜背景下的探測(cè)效率。尤其對(duì)于人造物體如車(chē)輛、飛行器而言，這些目標(biāo)表面較為光滑，在被偏振光照明時(shí)，其反射光可以較為有效地保持偏振度，而自然背景由于散射較為嚴(yán)重，入射偏振光經(jīng)過(guò)散射后，其反射光往往具有較低的偏振度。因此，可以利用物體對(duì)入射偏振光的響應(yīng)能力差異來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的有效增強(qiáng)。然而，現(xiàn)有的偏振目標(biāo)增強(qiáng)光學(xué)成像系統(tǒng)視場(chǎng)角較為有限，無(wú)法對(duì)大視場(chǎng)范圍內(nèi)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效、快速的光學(xué)探測(cè)和增強(qiáng)。另外，成像過(guò)程和偏振信息獲取往往在被動(dòng)照明條件下完成，無(wú)法適應(yīng)弱光照環(huán)境，也使獲得的偏振信息噪聲較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主動(dòng)式偏振目標(biāo)增強(qiáng)的共光路全景環(huán)帶光學(xué)成像裝置，實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)偏振目標(biāo)增強(qiáng)成像。該裝置以全景環(huán)帶系統(tǒng)作為照明和成像的基本形式，有效視場(chǎng)大，體量輕巧。同時(shí)，利用偏振元件組合成的偏振分光組件提供成像物體的偏振信息，并實(shí)現(xiàn)緊湊高效的共光路設(shè)計(jì)。該裝置采取主動(dòng)式偏振光照明，可有效增強(qiáng)偏振信息的強(qiáng)度，提高裝置對(duì)弱光照環(huán)境的適應(yīng)性。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種主動(dòng)式偏振目標(biāo)增強(qiáng)的共光路全景環(huán)帶光學(xué)成像裝置，包括全景環(huán)帶偏振照明系統(tǒng)與全景環(huán)帶偏振成像系統(tǒng)；采用大視場(chǎng)全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)作為照明與成像的基本形式；照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)共光路，照明光源與成像相機(jī)分置于分光組件兩側(cè)；以偏振器件組合作為照明光與成像光的分光組件。

進(jìn)一步地，所述的全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的基本形式，由全景環(huán)帶透鏡、后續(xù)鏡組、偏振分光組件及靶面依次排布組成；對(duì)于照明系統(tǒng)光路而言，靶面為光源面；對(duì)于成像系統(tǒng)光路而言，靶面為成像相機(jī)。

進(jìn)一步地，所述的偏振分光組件由偏振轉(zhuǎn)換器、偏振分束器和λ/4波片組成；對(duì)于照明系統(tǒng)，所述的偏振分光組件將光源發(fā)出的自然光變成振動(dòng)方向與入射面平行的線偏振光，經(jīng)λ/4波片后成為圓偏振的照明光；對(duì)于成像系統(tǒng)，所述的偏振分光組件的λ/4波片將物體反射回的圓偏振光分量變?yōu)檎駝?dòng)方向與入射面垂直的線偏振光，經(jīng)偏振分束器反射后到達(dá)像面，物體由于退偏產(chǎn)生的非偏振光分量則無(wú)法完全到達(dá)像面；所述的偏振分光組件可以將具有高保偏性的目標(biāo)物體的反射光能量較為完整地轉(zhuǎn)移到像面，而僅將低保偏性的背景物體的部分反射光能量轉(zhuǎn)移到像面，從而根據(jù)偏振信息實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的增強(qiáng)成像。

進(jìn)一步地，所述全景環(huán)帶透鏡的前表面包括前透射面和位于前透射面中心的前反射面；后表面包括后反射面和位于后反射面中心的后透射面。

進(jìn)一步地，所述全景環(huán)帶透鏡采用雙膠合結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明有益效果是：