[發明專利]一種雙波片調制法水下激光偏振成像系統及方法

在審

• 申請號: 202110841862.7
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113589315A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 馮巍巍;徐東升;梁星輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 陳曦

1.一種雙波片調制法水下激光偏振成像系統，其特征在于，包括：起偏子系統、檢偏子系統、控制及采集子系統以及控制器；

所述起偏子系統設于水下，包括：光源、第一偏振片和第一二分之一波片；光源發出的光束經過透光軸為水平方向的第一偏振片后變為水平線偏振光，調節第一二分之一波片快軸與水平方向的角度，可分別獲得0°、45°、90°的線偏振光，再入射到位于水下的目標物；

所述檢偏子系統設于水下，包括：第二二分之一波片、第二偏振片和探測器；目標物反射光經過第二二分之一波片和透光軸為水平方向的第二偏振片后，被探測器獲取；

所述控制器用于驅動第一二分之一波片和第二二分之一波片旋轉，調節波片快軸與水平方向的角度，使探測器分別采集透射方向為0°、45°、90°偏振狀態的目標物反射圖像；

所述控制及采集子系統用于獲取探測器采集的偏振狀態的目標物反射圖像以及通過上位機軟件控制所述控制器來驅動相應的二分之一波片旋轉；

所述控制器驅動第一二分之一波片旋轉，調節第一二分之一波片快軸與水平方向的角度，使入射光分別調制為0°、45°、90°的線偏振光；在每種入射偏振光狀態下，調節第二二分之一波片快軸與水平方向的角度，使探測器分別采集透過方向為0°、45°、90°偏振狀態的9幅目標物反射圖像，以9幅圖像的每個像素點為基礎，計算得到每個像素點對應的三種不同入射偏振光照射下反射光的斯托克斯參量，計算出米勒矩陣，最終獲得米勒矩陣圖像組。

2.如權利要求書1所述的雙波片調制法水下激光偏振成像系統，其特征在于：選用的光源為532nm藍綠激光光源，所述光源和第一偏振片之間設置擴束器，激光經過擴束器擴束獲得直徑為100mm的圓形平行光束。

3.如權利要求書1所述的雙波片調制法水下激光偏振成像系統，其特征在于：控制與采集子系統自動協調各部分的同步處理，包括對第一二分之一波片和第二二分之一波片的快軸方位角的切換以及探測器對圖像的獲取。

4.如權利要求書1所述的雙波片調制法水下激光偏振成像系統，其特征在于，第一偏振片和第二偏振片通過卡環固定在套筒中，使偏振片透光軸與水平方向一致；第一二分之一波片和第二二分之一波片分別固定在相應的中空旋轉裝置上，所述控制器通過驅動中空旋轉裝置來帶動相應的二分之一波片旋轉。

5.一種如權利要求1所述的雙波片調制法水下激光偏振成像系統的成像方法，其特征在于，包括：

步驟1：搭建由起偏子系統、檢偏子系統、控制及采集子系統以及控制器組成的水下激光偏振成像系統；

步驟2：對水下激光偏振成像系統進行復位，使第一偏振片和第二偏振片的透光軸處于水平方向；

步驟3：通過控制器調制第一二分之一波片快軸角度，獲得0°、45°、90°的線偏振光；

步驟4：在每種入射偏振光狀態下，通過控制器調節第二二分之一波片快軸角度，使探測器分別采集透過方向為0°、45°、90°偏振狀態的9幅目標物反射圖像；

步驟5：根據9幅目標物反射圖像和推導出的目標物米勒矩陣公式，獲得米勒矩陣圖像組。

6.如權利要求書5所述的雙波片調制法水下激光偏振成像系統的成像方法，其特征在于，所述步驟5包括：

步驟5.1：以這9幅圖像的每個像素點為基礎，計算出每種入射到目標物的偏振光狀態下每個像素點各自的反射光的斯托克斯矢量；

步驟5.2：根據0°、45°、90°的線偏振光和對應的目標物反射光的斯托克斯矢量，求出目標物的米勒矩陣；

步驟5.3：將每個像素點所對應的米勒矩陣元素一一提取還原到圖像中去，即可得到米勒矩陣圖像組。