[發(fā)明專利]一種陣列式偏振相機(jī)的偏振信息測量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010322634.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111537072B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何曉峰;吳雪松;范晨;胡小平;張禮廉;毛軍;韓國良;李鑫;范穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本申請涉及一種陣列式偏振相機(jī)的偏振信息測量系統(tǒng)及方法，所述方法包括：根據(jù)陣列式偏振相機(jī)的偏振通道數(shù)量建立相應(yīng)數(shù)量的成像模型；對陣列式偏振相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定得到陣列式偏振相機(jī)的響應(yīng)曲線；采用多次曝光的方式獲得陣列式偏振相機(jī)每個(gè)偏振通道的HDR圖像；根據(jù)響應(yīng)曲線和每個(gè)偏振通道的HDR圖像計(jì)算高動(dòng)態(tài)范圍的偏振信息。本發(fā)明克服了在真實(shí)場景中傳統(tǒng)偏振相機(jī)在過曝和欠曝情況下偏振信息計(jì)算不準(zhǔn)確甚至無法計(jì)算的問題，提高了偏振相機(jī)對于光照變化條件下的適應(yīng)性，具有原理簡單、操作簡便、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)獲取高質(zhì)量偏振測量信息，有效提高陣列式偏振相機(jī)測量的動(dòng)態(tài)范圍，對于提高陣列式偏振相機(jī)的適用性具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及偏振信息測量系統(tǒng)及方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種陣列式偏振相機(jī)的偏振信息測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

偏振是電磁波的基本特性之一，偏振光是光波所具有的重要特性。但是大多數(shù)脊椎動(dòng)物(包括人類)對這種光模態(tài)無法感知；相比之下，許多無脊椎動(dòng)物，包括昆蟲，蜘蛛，頭足類動(dòng)物和氣孔類動(dòng)物，已經(jīng)進(jìn)化出能夠檢測具有高動(dòng)態(tài)范圍偏振信息的光敏細(xì)胞，并在視覺引導(dǎo)下的行為中利用這些信息。與許多動(dòng)物一樣，人類的視覺能夠在很大的亮度范圍內(nèi)進(jìn)行視覺感知，從而使我們的眼睛在完全不同的高對比度照明條件下仍能正常工作。但是，數(shù)碼相機(jī)主要取決于具有8位亮度的成像傳感器，比人類的視覺范圍要窄得多。長期以來，人們一直在尋求技術(shù)來增加相機(jī)拍攝的圖像的動(dòng)態(tài)范圍，以更好的解釋和理解場景。

成像技術(shù)的快速發(fā)展為我們帶來了新的陣列式偏振傳感器，如偏轉(zhuǎn)相機(jī)，使得我們可以方便地檢測偏振光。這種相機(jī)被廣泛用于3D重建，目標(biāo)檢測，機(jī)器人技術(shù)。但是，常規(guī)方法無法恢復(fù)高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)場景下的視覺信息，使得在暗區(qū)或亮區(qū)的圖像可見度大大降低。這種光照大范圍變化場景下的過曝或欠曝也會(huì)造成的偏振信息計(jì)算不準(zhǔn)確，例如，有光澤的金屬物體鏡面反射照明光，使相機(jī)飽和而不攜帶任何信息，從而影響其應(yīng)用。

因此，有必要針對陣列式偏振相機(jī)設(shè)計(jì)一種新型的偏振信息測量系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對陣列式偏振相機(jī)在真實(shí)場景中因過曝或欠曝造成的偏振信息計(jì)算不準(zhǔn)確的問題提供一種陣列式偏振相機(jī)的偏振信息測量系統(tǒng)及方法，提高了偏振相機(jī)對于光照變化的適應(yīng)性，具有原理簡單、操作簡便、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種陣列式偏振相機(jī)的偏振信息測量方法，所述方法包括以下步驟：

S1，獲取陣列式偏振相機(jī)的偏振通道數(shù)量，根據(jù)所述陣列式偏振相機(jī)的偏振通道數(shù)量建立相應(yīng)數(shù)量的成像模型；

S2，根據(jù)所述成像模型對所述陣列式偏振相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定得到所述陣列式偏振相機(jī)的響應(yīng)曲線；

S3，采用多次曝光的方式獲得所述陣列式偏振相機(jī)每個(gè)偏振通道的HDR圖像；

S4，根據(jù)所述響應(yīng)曲線和每個(gè)偏振通道的HDR圖像計(jì)算高動(dòng)態(tài)范圍的偏振信息。

進(jìn)一步的，所述陣列式偏振相機(jī)包括均勻分布的0°、45°、90°、135°四個(gè)方向的偏振通道，四個(gè)所述偏振通道的成像模型分別為：

式中，L為最終得到的圖像數(shù)據(jù)，I₀為入射光通過鏡頭后的強(qiáng)度，I為入射光通過偏振片后的強(qiáng)度，w₁、w₂、w₃、w₄為各偏振通道中偏振片的作用，d為偏振度DOP，θ為偏振角，f為相機(jī)響應(yīng)函數(shù)，t為曝光的時(shí)間。

進(jìn)一步的，真實(shí)場景中的光強(qiáng)依次通過所述陣列式偏振相機(jī)的鏡頭、偏振片和快門被CCD或CMOS的芯片感應(yīng)并經(jīng)過模電轉(zhuǎn)換變?yōu)樽詈蟮膱D像數(shù)據(jù)。