[發明專利]一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統及方法

有效

• 申請號: 201611187816.5
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106651951B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 白宏陽;蘇文杰;胡福東;李成美;梁華駒;郭宏偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01C21/00;H04N7/18
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統及方法。所述系統包括四通道偏振圖像采集裝置和數據處理計算機兩部分，所述的四通道偏振圖像采集裝置包括四通道圖像采集模塊、圖像監控模塊、設備驅動及數據存儲模塊，其中四通道圖像采集模塊均通過路由與設備驅動及數據存儲模塊連接，設備驅動及數據存儲模塊分別與圖像監控模塊、數據處理計算機連接。方法為：數據處理計算機向設備驅動及數據存儲模塊發送指令，完成大氣偏振圖像的采集與存儲工作；偏振信息檢測模塊采用Stokes矢量法從拍攝的大氣偏振圖像中提取每一點的偏振度和偏振方位角；航向角解算模塊通過提取的偏振信息解算載體航向角。本發明系統結構簡單、成本低，方便查看圖像數據的處理過程及結果。

技術領域

本發明屬于仿生導航技術領域，特別是一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統及方法。

背景技術

由于大氣中懸浮的微小粒子產生的散射、輻射和吸收作用，使太陽光在傳輸的過程中產生了偏振現象，而由偏振光形成的偏振態分布被稱為大氣偏振模式。大氣偏振模式與時間、地點等因素有關，具有時空連續分布的特性，且這種偏振模式分布特性相對比較穩定。

傳統的導航方法都存在著一定的缺陷，傳統導航方法本身已發展成熟，很難有更大的突破，因此，人類必須尋求一種新的方法來進一步提高導航性能。近些年來，隨著仿生學的興起及相關研究發現某些生物例如沙蟻、蝗蟲等生物具有特殊的視神經系統，能通過感知天空中的偏振信息進行導航定位，即偏振光導航。由于偏振光導航利用的是太陽光在大氣中散射所產生的偏振特性，所以，這是一種天然的導航方法，其很難受人為因素的干擾，且偏振光導航屬被動式導航，隱蔽性好，不受電磁干擾。因此，偏振光導航具有很大的研究價值和應用前景。但是目前的偏振光檢測系統結構復雜，多采用串口和USB口進行數據通信，實時性有限，并且不能詳細顯示提取偏振信息過程中每一步的具體操作，實時地查看圖像數據的處理過程及結果較困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構原理簡單的四通道大氣偏振模式檢測及航向解算系統及方法，以完成對大氣偏振信息的提取和航向角的解算。

實現本發明目的的技術解決方案是：一種大氣偏振模式檢測及航向解算系統，包括四通道偏振圖像采集裝置和數據處理計算機兩部分，所述的四通道偏振圖像采集裝置包括四通道圖像采集模塊、圖像監控模塊、設備驅動及數據存儲模塊，其中四通道圖像采集模塊均通過路由與設備驅動及數據存儲模塊連接，設備驅動及數據存儲模塊分別與圖像監控模塊、數據處理計算機連接；

所述的四通道圖像采集模塊包括四路并列安裝的攝像機、攝像機安裝架、鏡頭，其中鏡頭前設置有藍色濾光片和偏振單元，且偏振單元設置于鏡頭與藍色濾光片之間；攝像機安裝架上設置安裝孔用于固定攝像機和排線；

所述設備驅動及數據存儲模塊，用于驅動四通道圖像采集模塊拍攝大氣偏振圖像，并將采集到的圖像數據保存起來；

所述圖像監控模塊包括視頻顯示器和視頻信號轉換器，所述的視頻信號轉換器將從設備驅動及數據存儲模塊讀取的VGA信號轉換為AV信號，所述視頻顯示器用于監控攝像機拍攝到的圖像，且接收上述AV信號；

所述數據處理計算機包括偏振信息檢測模塊、航向角解算模塊，數據處理計算機向所述設備驅動及數據存儲模塊發送指令，完成大氣偏振圖像的采集與存儲工作；所述的偏振信息檢測模塊采用Stokes矢量法從拍攝的大氣偏振圖像中提取每一點的偏振度和偏振方位角；所述的航向角解算模塊通過提取的偏振信息解算載體航向角。

一種大氣偏振模式檢測及航向解算方法，包括以下步驟：

步驟1，數據處理計算機向設備驅動及數據存儲模塊發送指令，完成大氣偏振圖像的采集與存儲工作；

步驟2，偏振信息檢測模塊采用Stokes矢量法從拍攝的大氣偏振圖像中提取每一點的偏振度和偏振方位角，具體為：

(2.1)讀取四通道偏振圖像采集裝置獲取的四張大氣偏振圖像；