[發明專利]一種基于分時法的快速偏振成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202110202881.5
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113055566A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 陳迪虎;謝邵春;金偉;周佐達;熊偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/232;G02B27/28;G03B17/12;G03B41/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種基于分時法的快速偏振成像裝置及方法，該裝置包括鏡頭模塊、偏振片、角度旋轉模塊、高速相機成像模塊；偏振片設置在高速相機成像模塊前，角度旋轉模塊帶動偏振片繞自身光軸勻速旋轉，外部光線經過光學鏡頭會聚再經過偏振片入射到高速相機成像模塊內，高速相機成像模塊用于在偏振片勻速旋轉過程中曝光多次，測量目標場景在不同偏振角度下的光強圖像，并使用拍取的光強圖像求解偏振圖像。本發明能提高分時法偏振成像的成像幀頻，實現對一定運動目標的跟蹤拍攝，并改善分時法的實時性，從而能在一定程度上緩解分時法快速偏振成像幀頻提升與偏振信息真實性保證兩者之間相互制約的矛盾。

技術領域

本發明涉及偏振成像技術領域，尤其涉及一種基于分時法的快速偏振成像的裝置及方法.

背景技術

偏振是電磁波的重要特征之一，物質的偏振特性與性質密切相關，近年光電技術的發展催生了很多先進的目標信息探測技術，偏振成像技術就是其中的一個重要研究方向，偏振成像能夠獲取目標的二維圖像信息和偏振態信息。偏振參數能夠很好地表征被探測目標的性質特征，偏振信息在表達低照度和人工建筑目標方面有更豐富的內涵，反映目標的物理屬性。偏振成像在軍事偵察、偽裝檢測及航天遙感方面有著廣泛的前景。

偏振成像技術可按同一像元偏振分量的獲取方式來分類，主要分為以下四類，分別是分時、分振幅、分孔徑以及分焦平面法。分時法因其結構簡單、成本低等優點，是現在常用的偏振成像方法之一，目前分時法普遍按照時序依次獲取同一目標場景不同偏振角度的三幅或者四幅光強圖像來得到探測目標的偏振特性。

因為改變偏振測量角度的過程中需要一定的時間調節，當改變偏振測量角度所需時間較長時，分時法更適用于測量過程中目標和偏振成像探測系統處于相對靜止狀態的場合，在探測運動目標時測量結果誤差較大。故目前的分時法一般意義上限于對(準)靜態目標的偏振成像探測，存在一定的局限性。且由于受偏振片旋轉速度、解偏算法等因素影響，偏振成像幀頻較低，不能滿足動態目標偏振探測，實時性有待改善。

例如針對大氣探測的偏振測量儀器POLDER，其采用旋轉片輪的方式，受其轉輪調諧技術方案的限制，測量幀頻很低(2-3FPS)；亞利桑那大學與美國陸軍工程研發中心合作研制了計算層析通道型光譜偏振成像儀CTISP，在偏振分析儀轉輪上安裝了多個不同偏振方向的偏振片和波片，該裝置每設置一次偏振器件位置，進行一次成像。其缺點是完成一次偏振信息的測量需要較長時間，不能夠在目標快速變化的情況下使用。

發明內容

本發明是為了解決上述現有技術存在的不足之處，提出一種基于分時法的快速偏振成像裝置及方法，以期能提高目前基于分時法偏振成像的成像幀頻，實現對一定運動目標的跟蹤拍攝，并改善分時法的實時性，從而能在一定程度上緩解分時法快速偏振成像幀頻提升與偏振信息真實性保證這兩者之間相互制約的矛盾。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種基于分時法的快速偏振成像裝置的特點在于，包括：鏡頭模塊、角度旋轉模塊、偏振片、高速相機成像模塊；

在所述高速相機成像模塊的前方設置有所述偏振片，所述角度旋轉模塊帶動所述偏振片勻速旋轉的同時，所述鏡頭模塊中的光學鏡頭將外部光線會聚后再經過所述偏振片入射到所述高速相機成像模塊內，所述高速相機成像模塊在所述偏振片連續勻速旋轉過程中拍攝目標場景在不同偏振角度下的多幅光強圖像以用于求解偏振圖像。

本發明所述的基于分時法的快速偏振成像裝置的特點也在于：所述高速相機成像模塊在所述偏振片每次旋轉一圈的時間內至少曝光五次。

所述角度旋轉模塊帶動所述偏振片每旋轉一個固定的角度增量值α時，所述高速相機成像模塊拍攝一次圖像，從而得到一系列在不同偏振角度下曝光時所拍攝的光強圖像，其中，α45°。

所述角度旋轉模塊包括：電機、轉速檢測裝置和電機控制模塊；