[發明專利]基于斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息仿生導航方法

有效

• 申請號: 201710607062.2
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107402010B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 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: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/02
• 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

本發明提出一種基于天空偏振斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息組合導航方法與采集裝置，具有仿反射型重疊式復眼晶錐的微杯陣列與微絨毛的多角度納米等離子透鏡集成的二次聚焦偏振微光增強器結構，可應用于日光和月光全天候條件。全偏振信息導航傳感器主要是由曲面微杯陣列結構、玻璃體支撐結構、多角度變間距納米等離子體透鏡結構、CMOS圖像傳感器等主要部分構成。該發明為光機電一體化設計，通過一種仿生曲面微杯陣列結構以及多角度變間距納米光柵結構實現了可以在全天候應用的偏振信息采集裝置，利用偏振圖像及偏振光流算法可實時輸出偏振光流與偏振方位角，可以作為組合導航應用的速度與航向角信息，實現了基于斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息導航的全天候應用。該發明具有集成度高，不易受干擾，全天候應用等優點。

技術領域

本發明屬于采用偏振光理論與偏振光流算法相結合的光導航信息采集及計算設備。

背景技術

導航技術在人類活動中具有重要的作用，目前在移動機器人等地面載體中應用最多的是慣性導航和衛星導航。慣性導航系統誤差會隨時間積累，長期應用時精度較差。衛星導航目前應用最為廣泛，但是易受環境遮蔽或電磁干擾，甚至可能被人為利用輸出錯誤的欺騙信息。基于天空光偏振分布模式圖并以太陽子午線為基準來獲取方向信息的新型偏振導航方法成為了研究熱點。但是目前的偏振導航器件都僅能輸出導航中的角度信息，無法得到載體的速度信息。普通光流法是目前運動圖像分析的重要方法，是指時變圖像中模式運動速度。光流表達了圖像的變化，由于它包含了目標運動的信息，因此可被觀察者用來確定目標的運動情況。目前的光流算法主要都是基于自然光圖像灰度恒定假設利用基本光流約束方程建立，沒有考慮光的固有偏振屬性；同時基于光流的視覺導航大多僅能應用于日光環境下，面向夜晚微弱光環境條件的應用尚無法實現。本發明提出了一種基于天空偏振光斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息組合導航方法與采集裝置。通過模仿一種熱帶夜行性淡水魚的視網膜和夜行性蜣螂的復眼結構，設計出仿反射型重疊式復眼晶錐的微杯陣列與微絨毛的多角度納米等離子透鏡集成的二次聚焦偏振微光增強器結構，將微光增強器通過納米壓印工藝制作于CMOS圖像敏感基底上，并利用嵌入式系統實現了一種能應用于日光和月光全天候條件的基于斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息仿生導航裝置。

發明內容

針對以上問題的提出，本發明提出的一種偏振微光增強裝置，包括：

多個作為微光環境下聚光元器件的曲面微杯陣列、設置在所述陣列下方的變間距納米等離子透鏡以及設置在所述透鏡下方的圖像傳感器；

所述的曲面微杯陣列中包括多個分布在曲面的微杯；

使用時，所述的曲面微杯陣列將自然微光進行匯聚后引導微光照射所述的變間距納米等離子透鏡；

所述微光經過所述變間距納米等離子透鏡轉化成四個方向0°、45°、90°以及135°的偏振光信號；

作為優選的實施方式，所述的曲面微杯陣列中每個微杯的中軸線匯聚于曲面所在圓的圓心；所述的變間距納米等離子透鏡設置在圓心的正下方。

更進一步的，所述的曲面為半鼓型殼；組合狀態下，多個所述的微杯底面相接組成所述的曲面。

作為優選的實施方式，所述的變間距納米等離子透鏡包括0°光柵單元、45°光柵單元、90°光柵單元、135°光柵單元；

每個所述光柵單元覆蓋相鄰的像素點，均勻分布在整個CMOS圖像傳感器。

一種基于斯托克斯矢量光流及相位的全偏振信息仿生導航方法，包括如下步驟：

—采用所述的偏振微光增強裝置，分別獲取0°、45°、90°和135°偏振光信號；