[發明專利]仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置

有效

• 申請號: 201710217823.3
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN107024275B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉智穎;朱啟凡;付躍剛;丁秋偉
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G01J1/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置，屬于目標的光學探測技術領域。

背景技術

自然界中的物體表面的反射光都具有自己的光譜特性和偏振特性。就探測而言，目標的偏振信息，例如偏振角和偏振度，成為反映目標有效信息。蝦蛄眼具有復雜的結構，由上千個小眼構成復眼，這些小眼分成腹側、背側和中頻帶三個區域。蝦蛄眼能夠高效、準確識別偏振光，這是因為不同小眼對不同方向的偏振光敏感，由此產生拮抗作用。腹側和背側小眼分別對相互垂直的偏振光敏感；中頻帶中的5排、6排小眼對平行和垂直于排向的偏振光敏感。所述的小眼由角膜和感桿束組成。所述感桿束呈長條狀并連接到視網膜上，作為光導將像呈現于視網膜上。

仿蝦蛄眼感桿束結構設計的偏振探測裝置具有偏振成像、偏振識別以及偏振度計算能力，能夠提高目標探測與識別概率及精度，探測裝置的體積能夠減小。

在申請公布號為CN103900696A、名稱為“一種仿螳螂蝦視覺偏振拮抗感知的水下偏振成像方法”的一件中國發明專利申請中，通過采集拮抗對偏振信號，得到偏振度參數和合成光強參數，由此實現水下目標成像。該方案能夠提高水下目標成像探測精度。一本由Springer Berlin Heidelberg于2016年出版的書名為《Multi-band Polarization Imaging and Applications》的出版物中收錄一篇題為“Bio-inspired Multi-band Polarization Imaging”的文章，披露一種仿蝦蛄眼的大視場多譜段偏振視覺系統，如圖1所示，該系統由9個相機按3×3陣列排布構成，位于陣列四角和中心的5個相機屬于光譜通道，實現光譜識別，其他4個相機為4個方向的偏振通道，該4個方向分別為0°、45°、90°、135°四個透光方向，9個相機獲得的圖像輸入計算機，經圖像處理獲得大視場的偏振圖像和光譜圖像。

所述現有技術在譜段選擇部分和偏振通道方面，二者相對獨立，裝置的體積較大，在使用方面靈活性較差。

發明內容

本發明其目的在于，提高偏振成像探測裝置的集成程度，使得結構緊湊、體積減小，提高使用靈活性，為此，我們發明了一種仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置。

本發明之仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置其特征在于，如圖2所示，信號探測部分與信號轉換與處理部分由光纖束1連接；在信號探測部分中，聚焦成像陣列、譜段偏振陣列和定位耦合陣列依次排列，在信號轉換與處理部分中，定位輸出陣列和光電轉換陣列依次排列；所述聚焦成像陣列、譜段偏振陣列、定位耦合陣列、定位輸出陣列和光電轉換陣列的陣列單元的數量和排列方式相同、位置前后對應；在聚焦成像陣列的每個陣列單元中，田字分布4個成像透鏡2，如圖3所示；在譜段偏振陣列的基板3的正面的每個陣列單元鍍有譜段濾膜4，如圖4所示，各個譜段濾膜4有各自的透過譜段λi，如圖5所示；在譜段偏振陣列基板3的背面的每個陣列單元涂有金納米棒涂液偏振涂層5，如圖4所示，由金納米棒的長徑比確定各個偏振涂層5的偏振譜段λi，如圖6所示，在每個偏振涂層5中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金納米棒涂液的涂刷方向確定偏振通道的劃分；各個譜段濾膜4的透過譜段λi與各個偏振涂層5的偏振譜段λi一一對應；在定位耦合陣列的耦合定位板6的每個陣列單元開有田字分布的4個錐孔7，如圖7所示，錐孔7開口朝向所述偏振涂層5，光纖8輸入端由耦合定位板6上的定位孔固定，并與錐孔7錐角對接，如圖8、圖9所示；在定位輸出陣列的輸出定位板9的每個陣列單元布置田字分布的4個擴束準直鏡10，如圖10所示，光纖8輸出端由輸出定位板9上的定位孔固定，并朝向擴束準直鏡10，如圖8、圖11所示；連接每組錐孔7和擴束準直鏡10的光纖8的集束為光纖束1；在光電轉換陣列的每個陣列單元中設置一個光電轉換器件11，如圖12所示，各個光電轉換器件11接同一臺計算機，如圖2所示，每個光電轉換器件11采集一個譜段λi的目標偏振圖像，由計算機將每一個譜段λi的目標偏振圖像按田字分布一分為四，如圖13所示，得到目標的每個譜段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振圖像。