[發明專利]一種基于計算光學的偏振成像裝置

在審

• 申請號: 202011446735.9
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112394533A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 楊絮
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 佛山幫專知識產權代理事務所(普通合伙) 44387
• 代理人: 曾鳳云

本發明涉及一種基于計算光學的偏振成像裝置，屬于空間成像領域，其構成如下：鏡頭組1，偏振控制單元2，波片組控制單元3，CCD相機4，顯示單元一5，快速計算決策單元6，顯示單元二7。該裝置，針對全偏振成像系統設計，采用波片組與偏振控制器混合控制偏振態，有效提高了偏振方向的分辨率；采用了FPGA/DSP快速計算單元，加快了圖像處理時間，實現了多狀態顯示技術，特別適合應用于偏振檢測成像和低能見度下需要提高成像質量的應用場合。

技術領域

本發明屬于空間成像領域，涉及一種基于計算光學的偏振成像裝置。

背景技術

偏振是指橫波的振動矢量(垂直于波的傳播方向)偏于某些方向的現象，是光的一個重要信息。偏振檢測是一種不可忽視的基本測量手段，在目標識別、生物醫學、地物遙感以及天文、機器視覺、軍事等領域都有重要應用。由于人眼無法直接感知光的偏振信息，如何建立快速、高精度的偏振測量裝置，是國內外的研究熱點之一。(參考文獻：趙永強，潘泉，程詠梅.成像偏振光譜遙感及應用[M].北京:國防工業出版社，2011)

利用偏振光成像及測量技術在戰場偵察、對地遙感、機器視覺、圖像處理、模式識別及環境工程等研究領域都有非常廣泛的應用，如應力的測量已廣泛運用到各項工程中，如在為了設計一個機械工件、橋梁、水壩，可以用透明塑料板模擬他們的形狀，根據實際工作狀況按比例加上應力，然后借光測彈性儀顯示出應力的分布，以幫助人們設計更加科學的結構。而傳統相機與圖像檢測無法感知偏振信息，在許多場合應用困難，且無法滿足各種環境條件與應用需求。迄今為止還未見有專為船舶、飛機專用的偏振成像裝置，也沒有完全基于計算光學的偏振成像裝置，因此，研制基于計算光學的偏振成像裝置是加快我國科技現代化的進程，也是業界急需的一種裝置。

發明內容

對于基于計算光學的偏振成像系統而言，設備小型化是重要的技術特點，而模塊化則是設備標準化、通用化和提高可靠性、維修性的主要技術基礎。可靠的起偏、檢偏器，純計算光學成像也都是主要的關鍵技術。為了能實現偏振成像，該裝置還需要具有以下功能：(1)全偏振成像：針對全偏振成像系統設計，采用波片組與偏振控制器混合控制偏振態，有效提高了偏振方向的分辨率；(2)CCD微弱信號接收：為了適應在惡劣的環境下能可靠的接收還原信號，實現了微弱信號探測技術；(3)數字信號處理：采用了FPGA/DSP快速計算單元，加快了圖像處理時間，實現了多狀態顯示技術，特別適合應用于偏振檢測成像和低能見度下需要提高成像質量的應用場合。

本發明的基于計算光學的偏振成像裝置，如圖1所示，其構成如下：鏡頭組1，偏振控制單元2，波片組控制單元3，CCD相機4，顯示單元一5，快速計算決策單元6，顯示單元二7；1-4順次擺放組成裝置的采集單元，6分別連接2、3、4組成裝置的計算及控制單元，5和7根據需求可以連接到4和6上。

所述的鏡頭組1：采用保偏的光學成像鏡頭，完成光信號的收集。

所述的偏振控制單元2：采用不同的機械式、電子式及組合方式偏振控制技術，在快速計算決策單元6的作用下，產生需要計算光學所需要的線偏振態，完成信號的線偏振調制。

所述的波片組控制單元3：采用不同的四分之一波片、二分之一波片及組合，在快速計算決策單元6的作用下，產生需要計算光學所需要的圓偏振態，完成信號的圓偏振調制。

所述的CCD相機4：采用CCD作為探測單元器件，實現將光信號轉換成視頻圖像信號。

所述的顯示單元一5：采用VGA/AV接口的顯示器，顯示CCD原始視頻圖像信號。

所述的快速計算決策單元6：采用FPGA/DSP快速計算單元，對CCD相機4輸出的圖像信息進行處理，利用計算光學法，快速的解算出偏振控制單元2和波片組控制單元3的控制條件，并形成控制信號。

所述的顯示單元二7：采用VGA/AV接口的顯示器，顯示經過計算光學得到的視頻圖像信號。