[發明專利]基于斯托克斯矢量光流的運動速度檢測傳感器裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201710606634.5
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107478858B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 關樂;劉勝;褚金奎;王忠旭;李世奇;康維東
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 閻昱辰;李洪福

1.一種基于偏振斯托克斯矢量光流的運動速度檢測傳感器裝置，其特征在于包括三個呈旋轉對稱的偏振光流檢測通道；

所述的偏振光流檢測通道包括設置在頂部、可旋轉特定角度的偏振片；偏振片固定外殼、偏振片固定環、傳感器外殼、調焦彈簧、CMOS圖像傳感器以及DSP圖像處理芯片；在所述的偏振光流檢測通道底部設有偏振光流傳感器；所述的偏振光流檢測通道外部設有調節偏振片和偏振光流傳感器間距的調焦彈簧；三個CMOS圖像傳感器的鏡頭互成120°分布在集成電路板上，與偏振光流檢測通道分別對準；在集成電路板上，三個鏡頭中間有一個DSP圖像處理芯片，用來計算斯托克斯矢量以及各矢量的光流值；

輸入的自然光信號經偏振片濾光成為偏振光，由CMOS圖像傳感器模塊轉化為電信號傳輸到DSP圖像處理芯片；

工作狀態下，呈旋轉對稱的三個所述的偏振光流檢測通道中的偏振片分別調節到0°、45°和90°位置；

采用三個偏振主軸分別成0°、45°、90°的偏振光流檢測通道，采集偏振圖像，根據斯托克斯方程和米勒矩陣，計算出斯托克斯I、Q、U三個分量，進而由嵌入式偏振光流傳感器的內置偏振光流算法計算光流值。

2.根據權利要求1所述的一種基于偏振斯托克斯矢量光流的運動速度檢測傳感器裝置，其特征還在于：

每個所述的偏振光流檢測通道頂部設有上蓋，配合上蓋周邊的刻度，完成特定角度的旋轉。

3.一種基于偏振斯托克斯矢量光流的運動速度檢測方法，其特征在于包括：

—采用如權利要求2所述的基于偏振斯托克斯矢量光流的運動速度檢測傳感器裝置，分別獲取0°、45°和90°的偏振光通道采集的偏振光信號；

—用MULLER矩陣表示偏振器件對原光波偏振屬性的改變；并將所述0°、45°和90°所述MULLER矩陣，求解出入射光束的斯托克斯分量I、Q、U，其中，I為投影在所述三個偏振光通道的光流傳感器上的天空光強，Q為0°方向偏振分量的光強，U為45°方向偏振分量光強；

—假設光流場同時滿足基本約束方程和全局平滑條件，則光流的基本約束為全局平滑條件為

—確定能夠保證所述全局平滑條件以及基本約束同時達到最小值的泛函能量的最小值；

所述泛函能量如下式所示：

—將得到的偏振斯托克斯矢量Q、U帶入上式就可以得到偏振光流算法：

—解歐拉方程，采用遞歸算法最后得到基于斯托克斯矢量的光流值為：

其中u，v分別為沿x軸和y軸的光流值，分別是沿x軸和y軸光流局部平均值；n為迭代次數；λ為權重系數。

4.根據權利要求3所述的基于偏振斯托克斯矢量光流的運動速度檢測方法，其特征在于：所述表示偏振器件對原光波偏振屬性的改變的MULLER矩陣如下：

式中，ψ為偏振光柵的偏振角度；I是投影在三個偏振光通道的傳感器單元上的天空光強，Q是0°方向偏振分量的光強，U是45°方向偏振分量光強，V是圓偏振分量光強；