[發明專利]一種分焦面型實時偏振成像系統

在審

• 申請號: 201710248814.0
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107014490A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 張然;吳晨奇;褚金奎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/447
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 趙淑梅,李洪福

技術領域

本發明屬于偏振光機理和應用研究領域的圖像傳感器，特別涉及一種分焦面型實時偏振成像系統的實現方法。

背景技術

目前的成像探測系統主要通過記錄光強，波長等信息，對光的偏振信息卻無法獲取。隨著研究的深入，人們逐漸認識到偏振信息在增強圖像的對比度，以及邊緣信息方面發揮著重要的作用。光具有偏振特性，從物體反射信息中獲取偏振信息在增強對比度等方面有著更豐富的內涵，同時光照到不同物體上反射的偏振光信息不同，偏振完全可以作為成像探測的另一維更具價值的信息來源，從而使識別不同物體成為可能。

光是電磁波，而且是橫波，因此光具有偏振特性。在光與物體相互作用的過程中，隨著物體的表面結構、內部特征及觀測角度的改變，光的偏振特性也會發生相應的變化。光的這種改變會使物體的某些信息得到增強，從而可以更有效地鑒別物體。由于人造物體與自然物體本身屬性的差異，以及不同物體之間自身屬性的差異，經反射后的光具有不同程度的偏振性。同時太陽光經過大氣時發生散射，實際上大部分情況下進入到傳感器中的光是部分偏振光。因此，從物體反射信息中獲取的偏振信息，可以更真實的反映物體的自身性質。

目前國內外用于目標物體偏振特性研究的系統主要分為四類：分時型系統、分振幅型實時系統、分孔徑型實時系統、分焦面型實時系統等，這些系統存在著不同的不足之處。對于分時型系統，法國于八十年代后期研制出了用于測量地球發射光譜偏振和方向性的POLDER儀，此系統采用機械分光，無法實現實時偏振成像功能；Craig A.Farlow,David B.Chenault等人于2002年開發了一種可見與近紅外波段分振幅型被動Stokes偏振成像系統，該系統非常復雜，而且對光學器件等的裝配要求非常高；對于分孔徑型實時系統，J.Larry Pezzaniti,David B.Chenault等人開發了一種中波段紅外全Stokes矢量偏振成像系統，該系統會導致空間分辨率下降，而且系統的體積和重量較大；對于分焦面型實時偏振系統，4D Technology公司開發了一種針對可見光波段分焦面偏振成像系統，該系統加工制造的難度較大，而且將偏振陣列與CCD像元精確對齊非常困難，而且會造成分辨率下降。

針對以上系統存在的不足，特設計發明了本系統。本系統屬于分焦面型實時偏振系統類型。

發明內容

本發明主要解決的技術難題是克服現有技術的不足——制造集成有焦平面陣列的CCD像元困難，且無法對目標物體的原圖像、線偏振度圖像、偏振角圖像實現多模態實時成像，采用了一套全新的偏振成像系統來實現實時偏振成像功能。目標物體的原始圖像經過鏡頭成像于分焦面偏振陣列，進而形成原始圖像的分焦面多方向偏振圖像，然后中繼透鏡將分焦面多方向偏振圖像進行焦平面外延，將偏振圖像傳遞給相機焦平面，最終在相機中成像。通過對相機中的偏振圖像進行實時處理，可解算原始圖像線偏振度和偏振角等信息。

本發明采用的技術手段如下：

一種分焦面型實時偏振成像系統，其特征在于，包括沿直線依次排列的鏡頭、偏振陣列、中繼透鏡和相機；

所述偏振陣列位于所述中繼透鏡的前焦點所在焦平面內；

工作狀態時，入射光通過所述鏡頭、所述偏振陣列，所述中繼透鏡將像成在所述相機上。通過此系統能夠實現一次輸入實時測量線偏振光。

所述偏振陣列包括多個呈矩陣排列的偏振單元，所述偏振單元由0°，45°，90°，135°四個方向的像元組成。

所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元以所述偏振單元左上角為起點順時針排列，所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元均為正方形像元。

本發明具有以下優點：

1、本發明能夠對目標物體圖像進行連續捕捉，實現實時采集處理功能；

2、本發明布局科學合理，結構緊湊；

3、本發明結構簡單，小型化的特征，便于攜帶，同時便于與其它系統的集成；

4、本發明裝配簡單，便于平時的維護與更換；

5、本發明采用模塊化的布局，可以通過更換鏡頭、偏振陣列和相機對不同模式下的目標進行偏振圖像的采集和分析，具有良好的擴展性；

6、本發明是研究目標物體偏振性能較好的實驗平臺。

基于上述理由本發明可在偏振光機理和應用研究等領域廣泛推廣。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明的具體實施方式中一種分焦面型實時偏振成像系統的光路原理圖。