[發(fā)明專利]一種非共軸四通道偏振成像方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810326802.X
• 申請(qǐng)日: 2018-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN108548603A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白峻杰;馬浩統(tǒng);亓波;任戈;儲(chǔ)君秋;向春生;劉子棟;史建亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01J4/00
• 分類號(hào): G01J4/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種非共軸四通道偏振成像方法及系統(tǒng)。針對(duì)當(dāng)前偏振成像系統(tǒng)能量利用率低，成像分辨率不高，難以對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)和微光環(huán)境下目標(biāo)成像的缺點(diǎn)，提出并實(shí)現(xiàn)了多通道采集四個(gè)不同檢偏角度的偏振成像方法，有效的提升了偏振成像分辨率和成像質(zhì)量。所述偏振成像方法中的四通道的具體角度和基線長(zhǎng)度可針對(duì)不同環(huán)境與不同距離下的目標(biāo)物進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到提升目標(biāo)對(duì)比度的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基于偏振成像探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非共軸四通道偏振成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光波的信息量是非常豐富的。依據(jù)光波的電磁理論，光波包含的信息主要有：光強(qiáng)，波長(zhǎng)，相位以及偏振態(tài)，其中偏振態(tài)又包含偏振度偏振角和偏振橢率。傳統(tǒng)成像探測(cè)技術(shù)專注于目標(biāo)的強(qiáng)度信息和光譜信息，從電磁波的橫波性質(zhì)來(lái)看，偏振也是電磁波的重要特征之一。所以可以通過偏振成像技術(shù)將探測(cè)信息量從三維擴(kuò)充到七維，增強(qiáng)目標(biāo)背景對(duì)比度，提高目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別能力。

目標(biāo)的偏振特性取決于其基本的固有特性。例如其結(jié)構(gòu)特征、介質(zhì)性質(zhì)、粗糙度等等，另外偏振特性還與輻照強(qiáng)度和觀測(cè)角度有著直接聯(lián)系。所以偏振成像與傳統(tǒng)的成像方式相比能獲得更多與物質(zhì)本身屬性相關(guān)的信息。基于以上的優(yōu)勢(shì)，它在云和水汽的探測(cè)、地質(zhì)勘探、土壤分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和軍事等相關(guān)領(lǐng)域都具重要的應(yīng)用價(jià)值。

目前國(guó)內(nèi)外用于目標(biāo)物偏振特性探測(cè)的方法主要有四種：分時(shí)型、分振幅型、分孔徑型、分焦平面型。分時(shí)型系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)成像，無(wú)法滿足運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景；分振幅型系統(tǒng)、分孔徑型系統(tǒng)和分焦平面系統(tǒng)都存在分光器件，導(dǎo)致系統(tǒng)能量利用率低，降低成像分辨率，應(yīng)用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)或者微光環(huán)境時(shí)具有一定難度。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在問題，本發(fā)明公開了一種非共軸四通道偏振成像方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種非共軸四通道偏振成像方法，該方法過程為：目標(biāo)表面帶有一定偏振特性的反射光照射到偏振元件上，偏振元件的檢偏角度分別為0°、45°、90°、135°，與偏振元件檢偏角度相同的偏振光可以透射過偏振元件，然后經(jīng)過光學(xué)鏡頭的收集，匯聚到CCD成像模塊上，再由CCD模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過圖像采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行解算，解算方法基于光的偏振態(tài)的四變量Stokes矢量，具體方法如下：

I₀和I₉₀分別代表0°和90°偏振方向的光強(qiáng)，I₄₅和I₁₃₅代表45°和135°偏振方向的光強(qiáng)，I和普通光強(qiáng)成正比，Q和U分別表示不同方向的線偏振強(qiáng)度之差，V代表左旋圓偏振光和右旋圓偏振光之差，線偏振度(degree of linear polarization)：

偏振角(Angle of Linear Polarization)表示為：

其中，不僅可以獲取目標(biāo)物的偏振度圖像和偏振角圖像，還可以通過三角測(cè)量法根據(jù)目標(biāo)物在四組CCD上所成像的偏差，計(jì)算出目標(biāo)物到偏振成像系統(tǒng)的距離。

其中，采用四組單偏振成像系統(tǒng)搭建成非共軸的“田”字型相機(jī)陣列，每組單偏振成像系統(tǒng)采用完全相同的元件，四組單偏振成像系統(tǒng)采集到的光信號(hào)經(jīng)由CCD轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸出到同一個(gè)圖像采集與處理系統(tǒng)上，生成四幅偏振角度不同的偏振光圖像。

其中，采用了多通道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，每個(gè)通道間的角度和距離可根據(jù)目標(biāo)物所在的場(chǎng)景和距離自由調(diào)節(jié)。