[發明專利]基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110704029.8
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113447127B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 付強;司琳琳;李英超;戰俊彤;張萌;張肅;段錦
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J4/04
• 分類號: G01J4/04;G01J3/12
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

1.基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試方法，利用基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試裝置，所述基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試裝置包括前置光學子系統(1)、可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)、中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)、圖像采集及處理子系統(4)以及電路控制子系統(5)，所述前置光學子系統(1)、可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)、中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)共同裝載于同一平面上，前置光學子系統(1)的出射光線分別入射進可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)以及中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)；所述可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)的光軸與中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)的光軸平行，并且可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)與中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)且并排排列；所述圖像采集處理子系統(4)包括圖像處理單元(41)和圖像顯示單元(42)；所述圖像處理單元(41)分別與前置光學子系統(1)、可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)、中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)以及圖像顯示單元(42)電性連接；所述電路控制子系統(5)分別與可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)以及中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)電性連接，電路控制子系統(5)包括偏振調制控制單元(51)和波長調制控制單元(52)；所述偏振調制控制單元(51)通過控制電壓來控制可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)以及中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)中各偏振片的旋轉或者偏振調制單元的相位延遲；所述波長調制控制單元(52)通過控制電壓來完成可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)中各聲光波長調制單元對波長進行選擇；

所述可見光及短波紅外偏振成像子系統(2)包括分光單元Ⅱ(21)、反射鏡單元Ⅱ(22)、偏振調制單元Ⅰ(23)、偏振調制單元Ⅱ(24)、波長調制單元Ⅰ(25)、成像透鏡單元Ⅰ(26)、可見光偏振探測器(27)、偏振調制單元Ⅲ(28)、偏振調制單元Ⅳ(29)、波長調制單元Ⅱ(210)、成像透鏡單元Ⅱ(211)和短波紅外偏振探測器(212)；所述分光單元Ⅱ(21)、偏振調制單元Ⅰ(23)、偏振調制單元Ⅱ(24)、波長調制單元Ⅰ(25)、成像透鏡單元Ⅰ(26)以及可見光偏振探測器(27)依次橫向串行排列且同光軸，分光單元Ⅱ(21)與反射鏡單元Ⅱ(22)縱向串行排列；所述反射鏡單元Ⅱ(22)、偏振調制單元Ⅲ(28)、偏振調制單元Ⅳ(29)、波長調制單元Ⅱ(210)、成像透鏡單元Ⅱ(211)以及短波紅外偏振探測器(212)依次橫向串行排列且同光軸；所述偏振調制單元Ⅰ(23)、偏振調制單元Ⅱ(24)、偏振調制單元Ⅲ(28)以及偏振調制單元Ⅳ(29)分別與偏振調制控制單元(51)電性連接；所述波長調制單元Ⅰ(25)以及波長調制單元Ⅱ(210)分別與波長調制控制單元(52)電性連接；

所述中波紅外及長波紅外偏振成像子系統(3)包括分光單元Ⅲ(31)、反射鏡單元Ⅲ(32)、偏振片Ⅰ(33)、濾光片Ⅰ(34)、成像透鏡單元Ⅲ(35)、中波紅外偏振探測器(36)、偏振片Ⅱ(37)、濾光片Ⅱ(38)、成像透鏡單元Ⅳ(39)以及長波紅外偏振探測器(310)；所述分光單元Ⅲ(31)、反射鏡單元Ⅲ(32)、偏振片Ⅰ(33)、濾光片Ⅰ(34)、成像透鏡單元Ⅲ(35)以及中波紅外偏振探測器(36)依次橫向串行排列且同光軸，所述分光單元Ⅲ(33)與反射鏡單元Ⅲ(34)縱向串行排列；所述反射鏡單元Ⅲ(34)、偏振片Ⅱ(37)、濾光片Ⅱ(38)、成像透鏡單元Ⅳ(39)以及長波紅外偏振探測器(310)依次橫向串行排列且同光軸；

其特征是：包括以下步驟，并且以下步驟順次進行，

步驟一、將目標物體置于所述基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試裝置的零視距處；

步驟二、打開可見光偏振探測器(27)，電路控制子系統(5)在波長調制單元Ⅰ(25)上分別施加不同的電壓以完成波長選擇，針對每一波長，電路控制子系統(5)同時在偏振調制單元Ⅲ(28)以及偏振調制單元Ⅳ(29)上施加四組不同的電壓，使得偏振調制單元Ⅲ(28)以及偏振調制單元Ⅳ(29)產生4個不同的相位延遲，相對應的在可見光偏振探測器(27)上獲取四幅不同的偏振圖像，經圖像處理單元(41)進行數據處理后在顯示單元(42)上得到可見光波段的四個偏振分量、偏振度、偏振角、線偏振、圓偏振圖像；

步驟三、打開短波紅外偏振探測器(212)，電路控制子系統(5)在波長調制單元Ⅱ(210)上分別施加不同的電壓以完成波長選擇，針對每一波長，電路控制子系統(5)同時在兩片偏振調制單元上施加四組不同的電壓，使得兩片偏振調制單元產生4個不同的相位延遲，相對應的在短波紅外偏振探測器(212)上獲取四幅不同的偏振圖像，經圖像處理單元(41)進行數據處理最終，在顯示單元(42)上得到短波紅外波段的四個偏振分量、偏振度、偏振角、線偏振、圓偏振圖像；

步驟四、打開中波紅外偏振探測器(36)，電路控制子系統(5)控制線柵偏振片Ⅰ(33)分別旋轉0°、45°、90°、135°，并在中波紅外偏振探測器(36)上采集到相應的偏振圖像，經圖像處理單元(41)進行數據處理最終在顯示單元(42)上得到中波紅外波段的四個偏振分量、偏振度、偏振角、線偏振、圓偏振圖像；

步驟五、打開長波紅外偏振探測器(310)，電路控制子系統(5)控制線柵偏振片Ⅱ(37)分別旋轉0°、45°、90°、135°，并在長波紅外偏振探測器(310)采集到相應的偏振圖像，經圖像處理單元(41)進行數據處理最終在顯示單元(42)上得到長波紅外波段的四個偏振分量、偏振度、偏振角、線偏振、圓偏振圖像；

步驟六、將目標物按照設定的視距進行放置，并分別對目標物成像，目標物與實驗裝置之間為模擬設定特定環境，重復步驟二至步驟五，獲得設定視距下特定環境的各個譜段的四個偏振分量、偏振度、偏振角、線偏振、圓偏振圖像；

步驟七、通過對比度以及空間頻率的表征公式，利用MATLAB軟件計算，分別獲得零視距處和設定視距處偏振圖像目標與背景的對比度和空間頻率，將各設定視距下偏振圖像目標與背景的對比度、空間頻率與零視距處這兩個參量分別進行對比，圖像的空間頻率數值越大視覺上表現為對比度越高，對比度越高，偏振成像系統對目標的識別和探測能力就越強，則對應譜段的偏振光在復雜介質中傳輸特性越好，對可見光、短波紅外、中波紅外以及長波紅外光在特定環境中傳輸特性的測量完成。

2.根據權利要求1所述的基于被動成像的多譜段偏振光傳輸特性測試方法，其特征是：所述特定環境包括海霧、陸霧、海陸霧、山谷霧、城市霧、極霧、大氣或湍流。