[發明專利]一種基于偏振成像原理的水下觸覺傳感裝置及方法

有效

• 申請號: 202010565440.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111812039B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 宋樂;閆一凡;董鳳禹;王旭;房豐洲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于偏振成像原理的水下觸覺傳感裝置，其特征在于，由觸覺傳感皮膚、分孔徑實時偏振成像系統、防水殼體和CCD相機組成；

所述觸覺傳感皮膚位于觸覺傳感裝置的最前端，由光導板和四個紅外光條組成，所述光導板是截面為正方形的薄板結構，所述紅外光條分別粘貼在垂直于光導板正方形平面的四個側面上，相對兩側面的紅外光條關于光導板的中心軸線相互對稱，每個紅外光條所發射光線與光導板上內表面的夾角大于全內反射角，確保當觸覺傳感皮膚外部沒有接觸力時，紅外光線發生全內反射；當觸覺傳感皮膚外部有接觸力時，紅外光線能夠從光導板中泄漏，作為觸覺的檢測信號；

所述分孔徑實時偏振成像系統包括偏振成像鏡頭、鏡筒和CCD相機；所述偏振成像鏡頭由從前向后依次設置的共孔徑光組、偏振器件組、分孔徑光組構成，某時刻目標反射的光進入分孔徑實時偏振成像系統，經過共孔徑光組后，經由偏振器件組和分孔徑光組分成 4 個通道分別成像到CCD相機上；

所述防水殼體為末端密閉，前端半密閉的桶狀結構，所述偏振成像鏡頭的前端伸出防水殼體的前端，偏振成像鏡頭的后端通過鏡筒與CCD相機連接并全部位于防水殼體中；偏振成像鏡頭前端和防水殼體前端之間的空隙通過防水膠和O型圈密封并用固定板緊壓；所述固定板通過連接柱與觸覺傳感皮膚連接，所述分孔徑實時偏振成像系統采集觸覺傳感皮膚泄漏的紅外光的左旋圓偏振光以及0°、90°、45°三個方向的線偏振光的強度信息；

所述防水殼體的后端設置有后蓋和密封接口用于引出導線，導線一端與CCD相機連接，另一端與設有圖像處理單元的計算機連接；所述圖像處理單元通過軟件實現圖像處理和重構的過程，采用后向散射抑制和前向散射抑制方法，消除環境中后向散射光和由紅外光源引入前向散射光的干擾，得到高清晰度觸覺圖像；使用空間傳遞函數法，利用所復原的高清晰度觸覺圖像復原垂直于光導板表面方向的正壓力的分布信息。

2.一種基于權利要求1所述的水下觸覺傳感裝置實施的觸覺傳感方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）分孔徑實時偏振成像系統將采集的圖像分割成四部分，分別得到大小相同的左旋圓偏振圖像以及0°、90°、45°三個方向的線偏振圖像，由此計算得到Stokes矢量，進而得到每個像素點的偏振度和偏振角信息；

（2）采用后向散射抑制和前向散射抑制方法，消除環境中后向散射光和由紅外光源引入前向散射光的干擾，得到高清晰度觸覺圖像；

（3）使用空間傳遞函數法，利用所復原的高清晰度觸覺圖像復原垂直于光導板表面方向的正壓力的分布信息。