BR102015001708A2

BR102015001708A2 - método para determinar uma polarização de uma cena, e, sistema para adquirir imagens de uma cena

Info

Publication number: BR102015001708A2
Application number: BR102015001708A
Authority: BR
Inventors: Brian J Tillotson; Jennifer K Baerny
Original assignee: Boeing Co
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2015-09-22
Also published as: CA2870718A1; KR101784334B1; CA2870718C; JP6516487B2; CN104833424B; EP2905590B1; EP2905590A1; JP2015155896A; US9464938B2; US20150219498A1; CN104833424A; KR20150099416A; BR102015001708B1

Abstract

método para determinar uma polarização de uma cena, e, sistema para adquirir imagens de uma cena. são descritos sistemas capazes de adquirir dados de polarimetria usando uma única câmera com ou sem um filtro de polarização. quando um filtro de polarização for usado, o método de aquisição de dados compreende: (1) manobrar a aeronave (ou outro veículo) para orientar o filtro de polarização (e a câmera) em várias direções quando imagens forem capturadas, (2) registrar as várias imagens umas em relação às outras, e (3) computar valores de polarimetria (tais como os parâmetros de stokes) para pontos de interesse nas imagens. quando um filtro de polarização não for usado, o método de aquisição de dados compreende manobrar a aeronave (ou outro veículo) para orientar a câmera em várias direções quando imagens forem capturadas e, então, realizar as mesmas operações (2) e (3). estes métodos medem a quantidade de polarização em uma dada cena tirando múltiplas imagens da câmera em diferentes ângulos.

Description

“MÉTODO PARA DETERMINAR UMA POLARIZAÇÃO DE UMA CENA, E, SISTEMA PARA ADQUIRIR IMAGENS DE UMA CENA” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Esta descrição refere-se, no geral, os sistemas e métodos para medir a polarização de luz em imagens. Em particular, esta descrição diz respeito ao uso de polarização e polarimetria para detectar visualmente objetos de interesse. Da forma aqui usada, o termo "polarimetria" significa a medição e a interpretação da polarização de ondas transversais, tais como ondas eletromagnéticas. [002] O problema geral aqui abordado é melhorar sistemas e métodos para medir a polarização de luz em imagens, especificamente, imagens capturadas por veículos em movimento. Polarização e polarimetria podem ajudar usuários a detectar muitos objetos de interesse. Por exemplo, em uma cena natural cheia de luz não polarizada, superfícies uniformes aparecem como luz linearmente polarizada; estas superfícies uniformes correspondem frequentemente a artefatos, tais como armas ou aeronave abatida (que são frequentemente buscadas pelos militares) ou objetos estranhos capazes de causar dano (que a maior parte dos operadores de veículo tenta evitar). Polarização permite que a visão dos analistas de vigilância penetre a neblina ou o brilho de superfícies, tais como água ou janelas. Polarização habilita que analistas militares encontrem submarinos e minas ou atiradores de elite escondidos atrás de janelas, e habilita que pescadores encontrem cardumes de peixes. Polarização também pode ajudar que usuários civis meçam parâmetros climáticos ou avalie a saúde de florestas e plantações. [003] Apesar destes benefícios, polarimetria e sistema de tratamento de imagens polarizadas são raramente usados. Os motivos são o custo, o peso e a confiabilidade. No geral, não é suficiente colocar um único filtro de polarização na frente de uma única câmera. Para medir a polarização em uma imagem e discernir quais partes da imagem têm polarização diferente das outras partes, deve-se capturar uma imagem com pelo menos duas e, usualmente, três orientações de um filtro de polarização. Na tecnologia anterior, isto significava: (1) um filtro rotativo eletricamente controlado montado em uma lente da câmera, (2) uma roda de filtro eletricamente controlada com diversos filtros de polarização montados em diferentes ângulos ou (3) múltiplas câmeras, cada qual com um filtro de polarização diferentemente orientado. As penalidades de custo, de peso e de confiabilidade destas abordagens têm impedido a maior parte do uso de polarimetria para imagens tomadas fora de um laboratório. [004] No caso de um filtro rotativo eletricamente controlado montado em uma lente da câmera, uma roda de filtro é configurada para posicionar filtros de polarização com três ou quatro orientações diferentes na frente de uma única câmera. Uma roda de filtro é um componente óptico razoavelmente robusto com partes móveis. Ela é aproximadamente tão pesada quanto uma pequena câmera usada em um típico veículo aéreo não tripulado (UAV). Ela ocupa volume substancial. Com um atuador eletromecânico, ela é substancialmente menos confiável que uma câmera digital e, portanto, reduz a confiabilidade de um sistema de missão da aeronave. [005] Um polarizador rotativo na frente de uma única câmera é menor que uma roda de filtro, mas ainda é um robusto componente óptico com partes móveis. Ele aumenta substancialmente o peso de uma pequena câmera e pode aumentar substancialmente seu volume. Ele contém um atuador eletromecânico, que reduz a confiabilidade de um sistema de missão da aeronave. [006] No terceiro caso, um sistema que compreende múltiplas câmeras voltadas para a mesma direção, cada qual com um polarizador diferentemente orientado na frente de si, impõe uma pequena penalidade de custo, peso e confiabilidade para cada câmera. Entretanto, usar três ou quatro câmeras em vez de uma aumenta o custo e o peso e diminui a confiabilidade do sistema. [007] De acordo com um desenvolvimento adicional, filtros de polarização diferentemente orientados são colocados na frente de vários pixels em um dispositivo de carga acoplada (CCD). Uma câmera como esta produzirá uma imagem digital estruturada como uma figura de três ou quatro cores, mas cada "cor" corresponderá à intensidade de uma diferente polarização. Não é claro que um filtro de polarização pixel a pixel pode ser feito economicamente. A câmera não permite real tratamento de imagem a cores (por exemplo, vermelho, azul e verde) concorrente com a polarimetria. Um chipe CCD como este é desenhado para transmitir quatro "cores" (uma para cada polarização), em vez de as usuais três esperadas pelos formatos de arquivo de imagem. Isto impõe barreiras técnicas e econômicas à aceitação difundida. [008] Será desejável prover melhores dispositivos e métodos para coletar dados de polarimetria visual a partir de um veículo em movimento (por exemplo, um veículo aéreo) com uma combinação ideal de baixo custo, baixo peso e alta confiabilidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [009] O assunto em questão descrito compreende sistemas capazes de adquirir dados de polarimetria usando uma única câmera com ou sem um filtro de polarização. Quando um filtro de polarização for usado, o método de aquisição de dados compreende: (1) manobrar a aeronave (ou outro veículo) para orientar o filtro de polarização (e a câmera) em várias direções quando imagens forem capturadas, (2) registrar as várias imagens umas em relação às outras e (3) computar valores de polarimetria (tais como os parâmetros de Stokes) para pontos de interesse nas imagens. Quando um filtro de polarização não for usado, o método de aquisição de dados compreende manobrar a aeronave (ou outro veículo) para orientar a câmera em várias direções quando imagens forem capturadas e, então, realizar as mesmas operações (2) e (3) em um sistema de computador. Estes métodos medem a quantidade de polarização em uma dada cena tirando múltiplas imagens da câmera em diferentes ângulos. [0010] Um aspecto do assunto em questão aqui descrito é um método para determinar a polarização de uma cena, que compreende: (a) colocar um filtro de polarização linear no campo de visualização de uma câmera que compreende uma lente e um arranjo de sensores; (b) localizar sucessivamente a câmera e o filtro de polarização linear em proximidade a uma única posição, mas em três orientações diferentes para cada uma das quais uma cena está no campo de visualização da câmera; (c) capturar primeira até terceira imagens filtradas, ao mesmo tempo em que a câmera e o filtro de polarização linear ficam nas três orientações diferentes, respectivamente; (d) transferir primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, a primeira até a terceira imagens filtradas da câmera para um sistema de computador que compreende hardware e software; e (e) computar uma polarização de pelo menos um ponto na cena dos primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem. O método pode compreender adicionalmente montar a câmera e o filtro de polarização linear em um veículo, em que a etapa (b) compreende manobrar o veículo e/ou registrar o primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros antes de realizar a etapa (e). Na modalidade descrita, a etapa (e) compreende computar parâmetros de Stokes. Em uma implementação, respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da câmera em relação a uma referência para a primeira duas das três orientações diferentes diferem em um múltiplo integral ímpar de 45 ° e respectivos ângulos ao redor da linha de visão da câmera em relação a uma referência para a segunda duas das três orientações diferentes diferem em 90 °. [0011] Um outro aspecto do assunto em questão aqui descrito é um sistema para adquirir imagens de uma cena, que compreende: um veículo não tripulado; uma câmera a bordo do veículo não tripulado, a câmera compreendendo uma lente e um arranjo de sensores; um primeiro filtro de polarização linear disposto na frente de pelo menos uma primeira parte do arranjo de sensores; um sistema de controle do veículo não tripulado capaz de controlar o veículo não tripulado para realizar manobras, o sistema de controle do veículo não tripulado compreendendo hardware e software, o software do sistema de controle do veículo não tripulado sendo configurado para controlar o veículo não tripulado para se posicionar em uma posição especificada, ou próximo dela, para cada uma da primeira, da segunda e da terceira ocorrências e nas primeira, segunda e terceira orientações que são diferentes umas das outras, mas que, cada qual, colocam a cena no campo de visualização da câmera; e um sistema de controle da câmera disposto a bordo do veículo não tripulado e capaz de controlar a câmera para capturar imagens, o sistema de controle da câmera compreendendo hardware e software, o software do sistema de controle da câmera sendo configurado para controlar a câmera para capturar primeira, segunda e terceira imagens de uma cena alvo durante a primeira, a segunda e a terceira ocorrências respectivamente e, então, transmitir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, a primeira, a segunda e a terceira imagens. O sistema pode compreender adicionalmente um sistema de processamento de dados de tratamento de imagem capaz de processar dados de tratamento de imagem, o sistema de processamento de dados de tratamento de imagem compreendendo hardware e software, o software do sistema de processamento de dados de tratamento de imagem sendo configurado para registrar o primeiro, o segundo e o terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros e computar valores de polarização para a cena com imagem tratada. [0012] Um aspecto adicional é um método para determinar a polarização de uma cena, que compreende: (a) caracterizar a energia de polarização de uma câmera que compreende uma lente e um arranjo de sensores; (b) localizar sucessivamente a câmera em proximidade a uma única posição, mas em três orientações diferentes para cada uma das quais uma cena está no campo de visualização da câmera; (c) capturar primeira até terceira imagens ao mesmo tempo em que a câmera está nas três orientações diferentes, respectivamente; (d) transferir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam a primeira até a terceira imagens da câmera capturadas para um sistema de computador; e (e) computar uma polarização de pelo menos um ponto na cena do primeiro, do segundo e do terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem. Nas modalidades descritas, a etapa (a) compreende determinar primeiro e segundo elementos da matriz de Mueller. Em uma implementação, a etapa (a) compreende determinar pelo menos um de um primeiro elemento da matriz de Mueller e de um segundo elemento da matriz de Mueller para pelo menos duas posições no arranjo de sensores, estas posições correspondendo a diferentes ângulos de incidência para luz que passa através do centro da lente. [0013] Um outro aspecto é um sistema para adquirir imagens de uma cena, que compreende: um veículo não tripulado; uma câmera a bordo do veículo não tripulado, a câmera compreendendo uma lente e um arranjo de sensores; um sistema de controle do veículo não tripulado capaz de controlar o veículo não tripulado para realizar manobras, o sistema de controle do veículo não tripulado compreendendo hardware e software, o software do sistema de controle do veículo não tripulado sendo configurado para controlar o veículo não tripulado para se posicionar em uma posição especificada, ou próximo dela, para cada uma da primeira, da segunda e da terceira ocorrências e nas primeira, segunda e terceira orientações que são diferentes umas das outras, mas que, cada qual, colocam a cena no campo de visualização da câmera; e um sistema de controle da câmera disposto a bordo do veículo não tripulado e capaz de controlar a câmera para capturar imagens, o sistema de controle da câmera compreendendo hardware e software, o software do sistema de controle da câmera sendo configurado para controlar a câmera para capturar primeira, segunda e terceira imagens de uma cena alvo durante a primeira, a segunda e a terceira ocorrências respectivamente e, então, transmitir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, a primeira, a segunda e a terceira imagens. O sistema pode compreender adicionalmente um sistema de processamento de dados de tratamento de imagem capaz de processar dados de tratamento de imagem, o sistema de processamento de dados de tratamento de imagem compreendendo hardware e software, o software do sistema de processamento de dados de tratamento de imagem sendo configurado para registrar o primeiro, o segundo e o terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros e computar valores de polarização para a cena com imagem tratada com base, em parte, nos dados armazenados que representam uma caracterização da energia de polarização da câmera. [0014] Um ainda outro aspecto é um método para medir polarização na luz proveniente de uma cena, que compreende: (a) capturar sucessivas imagens de uma cena usando uma câmera posicionada em proximidade a uma única posição e orientada em sucessivos diferentes ângulos de orientação, em que um conjunto de matrizes que caracterizam uma energia de polarização da câmera em diferentes ângulos de incidência e diferentes ângulos de orientação são conhecidas e não há filtro de polarização entre um arranjo de sensores da câmera e a cena; (b) registrar as imagens capturadas umas em relação às outras; e (c) computar valores de polarimetria para luz proveniente de pelo menos um ponto de interesse na cena com base nas imagens capturadas registradas e nas matrizes conhecidas, em que as etapas (b) e (c) são realizadas usando um sistema de computador que compreende hardware e software. De acordo com uma modalidade, a matriz é uma matriz de Mueller e os valores de polarimetria computados são parâmetros de Stokes; os valores de polarimetria compreendem intensidade e ângulo de polarização; e a cena tem imagem tratada em três diferentes ângulos de orientação ao redor de um eixo geométrico óptico da câmera, estes diferentes ângulos de orientação ficando dispostos em intervalos angulares de 45 graus. [0015] Um aspecto adicional do assunto em questão aqui descrito é um método empírico para caracterizar uma energia de polarização de uma câmera com uma lente e arranjo do plano focal dos sensores em um ângulo de incidência especificado de luz que colide e um ângulo de orientação especificado, o método compreendendo: (a) prover um alvo que emite luz não polarizada; (b) mirar a câmera no alvo sem um filtro de polarização interveniente e com uma parte do alvo projetada sobre sensores no centro do arranjo do plano focal; (c) capturar uma imagem de referência enquanto a câmera estiver no estado descrito na etapa (b); (d) calcular um conjunto de valores de pixel de referência para um conjunto de pixels na imagem de referência que são adjacentes a um pixel produzido por um sensor no centro do arranjo do plano focal; (e) mirar a câmera no alvo sem um filtro de polarização interveniente e com uma parte do alvo projetada sobre sensores próximos de uma borda ou um canto do arranjo do plano focal; (f) capturar uma primeira imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito na etapa (e); (g) calcular um primeiro conjunto de valores de pixel para um conjunto de pixels na primeira imagem que são adjacentes a um pixel produzido por um sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal; (h) colocar um filtro de polarização linear entre a câmera e o alvo; (i) capturar uma segunda imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito nas etapas (e) e (h); (j) calcular um segundo conjunto de valores de pixel para um conjunto de pixels na segunda imagem que são adjacentes ao pixel produzido pelo sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal; (k) calcular um primeiro elemento de uma matriz com base no conjunto de valores de pixel de referência e no primeiro conjunto de valores de pixel; e (1) calcular um segundo elemento da matriz com base pelo menos no conjunto de valores de pixel de referência e no segundo conjunto de valores de pixel. O método exposto pode compreender adicionalmente: (m) rotacionar o filtro de polarização linear em 90 °; (n) capturar uma terceira imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito nas etapas (e) e (m); e (o) calcular um terceiro conjunto de valores de pixel para um conjunto de pixels na terceira imagem que são adjacentes ao pixel produzido pelo sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal, em que, na etapa (1), o segundo elemento da matriz é calculado com base pelo menos no conjunto de valores de pixel de referência e nos segundo e terceiro conjuntos de valores de pixel. Além do mais, o método empírico pode compreender computar um coeficiente de intensidade com base no conjunto de valores de pixel de referência e nos segundo e terceiro conjuntos de valores de pixel. De acordo com uma modalidade, a etapa (h) compreende adicionalmente orientar o filtro de polarização linear com seu eixo geométrico de polarização paralelo a um de um plano de superfície no centro da lente da câmera ou de um plano incidente no centro da lente da câmera. [0016] Comparados com soluções da tecnologia anterior, os sistemas aqui descritos podem prover um ou mais dos seguintes benefícios. (1) Os sistemas descritos podem ter peso mais baixo, custo mais baixo e (em virtude de nenhuma parte móvel ser adicionada na aeronave) confiabilidade mais alta em virtude de eles não terem nem uma roda de filtro nem um polarizador rotativo. (2) Os sistemas descritos podem ter peso mais baixo e custo mais baixo em virtude de eles empregarem menos câmeras e, portanto, terem menos componentes eletrônicos e conexões elétricas, resultando em confiabilidade mais alta. (3) Ao contrário de recentes desenvolvimentos envolvendo filtros de polarização em um CCD, os sistemas descritos não exigem desenvolvimento de novos processos de fabricação eletrônica, então, o cronograma e o custo para implementá-los para diferentes aplicações são melhores. Real tratamento de imagem a cores (por exemplo, vermelho, azul e verde) é popular com usuários e é necessário para algumas aplicações. Os sistemas descritos permitem o real tratamento de imagem a cores concorrente com polarimetria. Filtros de polarização em um CCD não permitem isto. O filtro usado nos sistemas aqui descritos é fácil de remover na maioria das modalidades e, portanto, permite o eficiente tratamento de imagem não polarizada com a mesma câmera na mesma resolução. Filtros de polarização anexados em um CCD são difíceis ou impossíveis de remover, então, o tratamento de imagem não polarizada é disponível apenas com um a segunda câmera (onerosa) ou pela soma das intensidades de pixels vizinhos com diferentes polarizações (eficiência fotônica inferior e resolução inferior). [0017] Outros aspectos de melhores sistemas e métodos para medir a polarização de luz em imagens são descritos a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0018] As figuras ΙΑ, 1B e 1C são diagramas que mostram, respectivamente, uma grade de pixels da câmera que sobrepõe uma cena alvo em respectivas orientações à medida que a aeronave manobra para orientar a câmera. O local escuro em um canto da grade de pixels da câmera marca o mesmo pixel em todas as imagens. As setas de duas pontas indicam respectivos ângulos de polarização correspondentes a respectivas orientações do filtro de polarização linear. [0019] As figuras 2A, 2B e 2C mostram imagens que são capturadas nas instâncias respectivamente mostradas nas figuras ΙΑ, 1B e 1C. [0020] A figura 3 é um gráfico que representa o fato de que a perspectiva distorce a orientação do polarizador para pixels que não estão no centro de uma imagem. [0021] As figuras 4A e 4B são diagramas que representam vistas de topo e lateral de uma aeronave de asa fixa idealizada com uma câmera voltada para baixo. [0022] A figura 5 é um diagrama que mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa mostrada nas figuras 4A e 4B, caminho de voo este que envolve mudanças na direção para orientar um filtro de polarização montado na câmera durante três passagens sucessivas sobre um alvo. [0023] As figuras 6A e 6B são diagramas que representam vistas lateral e frontal de uma aeronave de asa fixa idealizada com uma câmera voltada para frente com filtro de polarização. [0024] A figura 7 mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa 20 mostrada nas figuras 6A e 6B, caminho de voo este que envolve mudanças no ângulo de inclinação lateral para orientar a câmera voltada para frente com filtro de polarização durante o voo ao longo de um caminho reto (isto é, a linha de visão) direcionado para um alvo. [0025] A figura 8 é um diagrama que mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa mostrada nas figuras 6A e 6B, caminho de voo este que envolve mudanças na direção e mudanças no ângulo de inclinação lateral para orientar a câmera voltada para frente com filtro de polarização durante três passagens sucessivas através da mesma posição que fica ao longo de uma linha de visão inicial até um alvo. [0026] A figura 9 é um diagrama que mostra uma configuração de câmera na qual um filtro de polarização sobrepõe uma parte de um arranjo do plano focal de pixels no interior da câmera. [0027] A figura 10 é um diagrama que representa uma vista frontal do filtro de polarização que sobrepõe uma parte de um arranjo do plano focal. Esta é a vista que seria visível se a câmera fosse dividida ao longo de um plano indicado pela linha 10 - 10 na figura 9. [0028] A figura 11 é um diagrama que representa uma vista frontal de dois filtros de polarização linear que sobrepõem respectivas metades de um arranjo do plano focal de acordo com uma modalidade. Os dois filtros de polarização linear são orientados perpendicular um ao outro. [0029] A figura 12 é um diagrama que representa uma vista frontal de quatro filtros de polarização que sobrepõem respectivos quadrantes de um arranjo do plano focal. Três dos quatro filtros de polarização são lineares com orientações diferentes, ao mesmo tempo em que o quarto filtro de polarização é circular. [0030] A figura 13 é um diagrama que representa uma vista de topo de uma típica câmera montada em balanceiro da agulha de dois eixos geométricos. [0031] A figura 13A é um diagrama que representa uma vista seccional da câmera montada em balanceiro da agulha representada na figura 13. O balanceiro da agulha é dividido ao longo de um plano indicado pela linha 13A - 13A na figura 13. [0032] A figura 14 é um diagrama que representa uma vista de topo de uma câmera montada em balanceiro da agulha desenhada para facilitar a mudança da orientação de um filtro de polarização anexado na câmera. [0033] A figura 14A é um diagrama que representa uma vista seccional da câmera montada em balanceiro da agulha representada na figura 14. O balanceiro da agulha é dividido ao longo de um plano indicado pela linha 14A - 14A na figura 14. [0034] A figura 14B é um diagrama que representa uma vista seccional da câmera montada em balanceiro da agulha depois que ela foi rotacionada ao redor do eixo geométrico de elevação do balanceiro da agulha anterior em 90 °. [0035] A figura 15 é um diagrama que representa uma vista lateral de um veículo aéreo não tripulado com uma câmera com balanceiro da agulha em uma torre de esfera. [0036] A figura 16 é um diagrama que representa uma vista lateral de um veículo aéreo não tripulado com uma câmera com balanceiro da agulha e um filtro de polarização aplicado em uma torre de esfera para polarizar uma parte do campo de consideração da câmera. [0037] As figuras 17A e 17B são diagramas que mostram, respectivamente, nenhuma polarização quando a luz atinge vidro em incidência perpendicular (figura 17A) e reflexo mais fortes de luz polarizada em s em incidência oblíqua que aumenta luz polarizada em p no feixe transmitido (figura 17B). [0038] As figuras 18A até 18C são diagramas que mostram, respectivamente, diferente polarização por uma lente em diferentes ângulos Θ = 0 (figura 18A), ~20 ° (figura 18B) e ~40 ° (figura 18C) em relação ao eixo geométrico óptico, correspondente a respectivas diferentes posições do pixel. [0039] A figura 19 é um diagrama que mostra diferente polarização de luz que passa através de uma lente em diferentes ângulos, correspondentes a diferentes posições de uma imagem de objeto em um arranjo do plano focal. A excentricidade da elipse mostra o grau da polarização; a orientação da elipse mostra a direção da polarização. [0040] As figuras 19A até 19C são diagramas que mostram, respectivamente, diferentes intensidades de um objeto da cena em diferentes posições do pixel que revelam sua polarização (largura da linha indica intensidade) para luz verticalmente polarizada (figura 19A), luz horizontalmente polarizada (figura 19B) e luz não polarizada (figura 19C). [0041] A figura 20A é um diagrama que mostra uma vista seccional de uma lente não inclinada e uma lente inclinada no ângulo Θ. Estas lentes são divididas ao longo de um plano indicado pela linha 20A - 20A na figura 20B. [0042] A figura 20B é um diagrama que mostra vistas frontais das lentes representadas na figura 20A e outras lentes inclinadas em diferentes orientações φ. [0043] A figura 20C é um diagrama que representa imagens de objeto projetado sobre um arranjo do plano focal montado coaxialmente com as lentes representadas na figura 20B. O ângulo φ corresponde à posição angular ao redor do centro do plano focal. [0044] A figura 21A é um diagrama que mostra que luz paralela a um eixo geométrico da lente não é polarizada no centro da lente e apenas fracamente polarizada na borda da lente. [0045] A figura 21B é um diagrama que mostra que luz que chega em um grande ângulo incorre em polarização mais forte em todos os pontos na lente (O grau da polarização varia ligeiramente através da superfície da lente; apenas o feixe central é mostrado.). [0046] A figura 22 é um diagrama que mostra o arranjo básico de um típico sistema de lente tipo foco interno. [0047] A figura 23 é um diagrama que mostra uma vista seccional de um arranjo do plano focal em um típico CCD. [0048] A figura 24 é um diagrama que mostra uma configuração experimental para caracterizar uma câmera com um CCD. [0049] A figura 25 é um diagrama que mostra uma vista em aproximação de uma parte de um alvo em uma imagem de referência adquirida em 0 = 0°. [0050] A figura 26 é um diagrama que mostra três laços de um caminho de voo para uma aeronave de asa fixa do tipo mostrado nas figuras 4A e 4B, exceto em que o filtro de polarização foi removido da câmera fixa voltada para baixo. A aeronave realiza três manobras para inclinação lateral da câmera em ângulos de inclinação lateral de 45 ° oeste, 45 ° noroeste e 45 ° norte de nível durante o voo diretamente sobre um alvo. [0051] A figura 27 é um diagrama de blocos que identifica os principais componentes de um sistema de aquisição de dados polarimétricos de acordo com uma modalidade. [0052] Cada figura mostrada nesta descrição mostra uma variação de um aspecto das modalidades apresentadas, e apenas diferenças serão discutidas com detalhes. [0053] Referência será feita a seguir aos desenhos, em que elementos similares em diferentes desenhos portam os mesmos números de referência.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0054] Várias modalidades serão descritas com o propósito de ilustrar várias aplicações dos princípios aqui preceituados. Embora as modalidades mostradas nos desenhos e descritas com detalhes a seguir envolvam montar uma câmera em uma aeronave (por exemplo, uma aeronave de asa fixa, tal como um UAV, ou uma aeronave de asa rotativa, tal como um helicóptero), deve ser percebido de início que os princípios aqui preceituados também podem ser aplicados em espaçonave e veículos submersos não tripulados (UUVs). [0055] De acordo com algumas modalidades, o sistema para adquirir valores de polarização para um alvo com imagem tratada compreende: uma aeronave; um sistema de navegação e controle a bordo capaz de voar para uma posição tridimensional (por exemplo, longitude, latitude e altitude) e, posteriormente, retomar a aeronave para aproximadamente a mesma posição pelo menos duas vezes, e, também, capaz de medir a orientação da aeronave na posição e definir a aeronave em uma diferente orientação selecionada quando ela retornar para a mesma posição; uma câmera a bordo com uma orientação conhecida em relação à aeronave; um filtro de polarização linear a bordo com uma orientação fixa conhecida em relação à câmera; um sistema de controle a bordo capaz de controlar a câmera para capturar imagens quando a aeronave chegar na posição selecionada com uma das orientações selecionadas; um computador que compreende hardware e software, (a bordo ou no solo) programado para registrar as imagens e computar valores de polarização para o alvo com imagem tratada; e dispositivo para transferir imagens da câmera para o computador. [0056] Para aquelas modalidades com uma câmera e um filtro de polarização montados em uma aeronave de asa fixa que não pode pairar em uma posição ao mesmo tempo em que tira uma série de imagens, as principais etapas do processo compreendem: (a) voar a aeronave na direção de uma posição a partir da qual um alvo está no campo de visualização da câmera; (b) antes de chegar na posição, orientar a aeronave em uma primeira orientação da aeronave correspondente a uma primeira orientação do filtro ao redor da linha de visão até o alvo; (c) capturar uma primeira imagem do alvo enquanto a aeronave estiver na posição e na primeira orientação da aeronave; (d) voar a aeronave na direção da mesma posição novamente; (e) antes de chegar na posição, ou próximo dela, uma segunda vez, orientar a aeronave em uma segunda orientação da aeronave correspondente a uma segunda orientação do filtro ao redor da linha de visão até o alvo; (f) capturar uma segunda imagem do alvo enquanto a aeronave estiver na posição, ou próximo dela, e na segunda orientação da aeronave; (g) voar a aeronave na direção da mesma posição novamente; (h) antes de chegar na posição, ou próximo dela, uma terceira vez, orientar a aeronave em uma terceira orientação da aeronave correspondente a uma terceira orientação do filtro ao redor da linha de visão até o alvo; (i) capturar uma terceira imagem do alvo enquanto a aeronave estiver na posição, ou próximo dela, e na terceira orientação da aeronave; (k) transferir os dados da imagem e os dados que definem as três orientações para um computador; (1) realizar cálculos para registrar geometricamente as imagens umas em relação às outras; e (m) calcular parâmetros de polarização, tais como os parâmetros de Stokes, para a imagem do alvo. Embora seja preferido que a câmera esteja precisamente na mesma posição durante cada passagem do veículo aéreo em diferentes orientações da câmera, versados na técnica de veículos aéreos reconhecerão que tal precisão é dependente da precisão do sistema de posicionamento usado, condições do vento e de outros fatores. [0057] Antes de descrever qualquer sistema com detalhes, pode ser útil considerar porque o polarizador tem, tipicamente, três orientações diferentes em relação ao alvo. Considere luz parcial mente polarizada que chega a partir de algum alvo. Considere para o momento que a polarização circular é zero, de forma que apenas polarização linear seja de interesse. O usuário do sistema deseja saber quanto da luz proveniente do alvo é polarizada e quanto não é polarizada, e qual é a orientação da luz polarizada. [0058] Para resolver as questões expostas, primeiro, pode-se medir a intensidade de luz em um ângulo de polarização. Considere que o ângulo é vertical e chame-o de ângulo zero. Considere que uma intensidade de uma unidade é medida. Então, pode-se medir a intensidade em um ângulo de polarização de 90 °, isto é, polarização horizontal. Esta intensidade também é uma unidade. Com estas duas medições, não se pode determinar se a luz é (1) completamente não polarizada com intensidade de duas unidades, (2) polarizada em 45 ° com intensidade de duas unidades ou (3) polarizada em 135 ° com intensidade de duas unidades. Este é um problema geral: duas medições nunca são suficientes, independente dos dois ângulos que se escolha. Para resolver a ambiguidade, uma terceira medição é feita, preferivelmente, em um ângulo de polarização de 45 ° ou 135 °. Considere que usa-se 45 °. Se uma intensidade de zero for medida, isto indica que a luz é 100 % polarizada em 135 °. Se uma intensidade de duas unidades for medida, isto indica que a luz é 100 % polarizada em 45 °. Se uma intensidade de uma unidade for medida, isto indica que a luz é 100 % não polarizada. Vários valores não integrais entre zero e duas unidades indicam a polarização fracionária e o ângulo da parte polarizada. [0059] Há casos em que informação sobre a cena alvo permite que elimine-se uma medição. Por exemplo, se houver apenas uma única fonte de luz não polarizada iluminando um objeto convexo feito de material oticamente isotrópico, então, as únicas duas orientações necessárias para medir intensidade óptica são a orientação paralela a um embutimento da superfície do objeto e a orientação perpendicular a este embutimento. Pode não haver nenhuma luz polarizada em 45 ° em relação à superfície. Mas, tais casos são raros: para a maior parte das aplicações, é necessário medir a intensidade em três orientações diferentes. Estas orientações não precisam ser separadas por múltiplos inteiros ímpar e par de 45 °, mas a matemática associada fica mais fácil se elas forem. [0060] Versados na técnica sabem que polarização não é apenas linear, mas, também, inclui componentes circulares. A maior parte das modalidades aqui descritas com detalhes ignora a polarização circular com o propósito de simplificação com pouco custo na utilidade. Polarização circular é rara. Mesmo quando ela ocorre, usualmente, ela é bastante fraca, a menos que etapas tenham sido tomadas para produzir luz circularmente polarizada. [0061] Há diversas maneiras equivalentes de descrever matematicamente um dado estado de polarização. Uma destas descrições usa quatro parâmetros chamados de parâmetros de Stokes. Esta descrição é mais fácil de relacionar a um conjunto de medições de intensidade em vários ângulos, então, parâmetros de Stokes são referidos nesta descrição. Os parâmetros de Stokes são frequentemente coletados em conjunto em um vetor de quatro elementos chamado de vetor de Stokes. [0062] O quarto parâmetro Stokes é uma medida de polarização circular. Já que as modalidades aqui descritas desprezam amplamente a polarização circular, esta descrição focaliza nos primeiros três parâmetros de Stokes. Os termos "parâmetros de Stokes" e "vetor de Stokes” aqui usados, tipicamente, significam apenas os primeiros três parâmetros ou um vetor de três elementos destes parâmetros, respectivamente. [0063] Os quatro parâmetros de Stokes são rotulados I, Q, U e V. Os primeiros três são calculados a partir de medições de intensidade como segue: I = Into + Int9o = InEs + Intns (1) Q = Int0 - Int90 (2) U ξξ Int45 - Inti35 (3) em que Into, Int45, Intç>o e Inti35 são as intensidades medidas em ângulos indicados pelos subscritos e medidos em graus. Nas modalidades descritas, o sistema faz apenas três medições. Pode-se calcular qualquer valor de intensidade a partir dos outros três, por exemplo, dados Into, Int45 e Intgo, pode-se usar o lado direito da Eq. (1) para calcular Intos: Int]35 = Into + Int90 - Int45 (4) [0064] Uma vez que os parâmetros de Stokes forem calculados com base nos ângulos em relação à câmera, eles podem ser matematicamente transformados para descrever a polarização em termos de qualquer outro quadro de referência. [0065] Apesar do uso do termo "parâmetros de Stokes" nesta descrição, deve ser percebido que os cálculos usados para determinar valores de polarização não são limitados ao uso apenas de parâmetros de Stokes, isto é, eles podem ser com base em qualquer representação matemática da polarização. [0066] A metodologia aqui descrita envolve a aquisição de dados de polarimetria a partir de um alvo usando uma em um veículo e o processamento dos dados adquiridos usando um sistema de computador adequadamente programado. A câmera tem um filtro de polarização anexado, de forma que o filtro tenha uma posição fixa em relação à lente da câmera. [0067] As figuras ΙΑ, 1B e 1C mostram uma grade de pixels da câmera 10 que sobrepõe uma cena alvo 12 em respectivas orientações à medida que a aeronave manobra para orientar a câmera. Neste exemplo, os respectivos ângulos de polarização (indicados por setas de duas pontas) são +45 ° (figura IA), 0 ° (figura 1B) e -45 ° (figura 1C). O local escuro em um canto da grade de pixels da câmera 10 marca o mesmo pixel em todas as imagens. [0068] As figuras 2A, 2B e 2C mostram imagens capturadas nas instâncias respectivamente mostradas nas figuras ΙΑ, 1B e 1C. O triângulo sombreado de forma relativamente clara e o retângulo sombreado de forma relativamente escura que sobrepõe parcialmente o triângulo representam recursos idealizados de um objeto alvo na cena alvo 12. Novamente, os respectivos ângulos de polarização são indicados por setas de duas pontas. [0069] Depois que os dados de polarimetria tiverem sido adquiridos, estes dados são transferidos para um sistema de computador para processamento de dados. Em relação às figuras 2A - 2C, o valor da escala de cinzas em cada pixel é proporcional à intensidade de luz polarizada com a orientação mostrada para a respectiva imagem. Para determinar o vetor de Stokes para um dado ponto em uma cena, o computador realiza cálculos usando valores de intensidade para os pixels que correspondem ao mesmo ponto na cena - pelo menos uma de cada uma de três imagens, usando as fórmulas das Eqs. (1) - (4). O processo de alinhar pixels através de duas ou mais imagens será aqui referido como "registro de imagem". Muitos métodos para registro de imagem são bem conhecidos na tecnologia. De acordo com os sistemas aqui descrito, dados sobre a posição e a orientação da câmera são usualmente disponíveis para cada imagem. Portanto, métodos de registro de imagem que exploram tais dados são tipicamente preferidos. [0070] Até este ponto na descrição, a orientação do polarizador foi discutida como se ela fosse constante através da imagem. Ela não, da forma ilustrada na figura 3, representa graficamente o fato de que a perspectiva distorce a orientação do polarizador para pixels que não estão no centro da imagem. O eixo geométrico vertical é elevação, enquanto o eixo geométrico horizontal é azimute. Este gráfico ilustra o efeito de colocar um filtro de polarização estável (não mostrado na figura 3) com orientação horizontal na frente de uma lente da câmera (não mostrada). O ângulo de polarização é indicado por uma seta de duas pontas. As linhas curvas espessas rotuladas de "orientação do polarizador local" mostram a polarização resultante em cada ponto em uma imagem. Ao longo do eixo geométrico vertical da imagem, a polarização é horizontal. Igualmente, ao longo do eixo geométrico horizontal da imagem, a polarização é horizontal. Entretanto, se fosse concebível um polarizador que se estende infinitamente para a esquerda e para a direita, e uma câmera capaz de formar uma imagem que abarca 180 ° de azimute, ver-se-iam as linhas de polarização ''horizontal" distorcidas por perspectiva óptica. Nas extremas esquerda e direita, as linhas "desaparecem" em infinito óptico. Entre o centro da imagem e a borda da imagem, a orientação do polarizador local através da qual luz se desloca até o plano focal da câmera não é horizontal. A linha horizontal na figura 3 mostra horizontal local em cada posição de azimute (Foi considerado que esta imagem foi tomada em grande altitude, então, o limbo da Terra está abaixo da linha de zero elevação.). O horizontal local não é paralelo com a orientação do polarizador. Para qualquer imagem maior que alguns poucos graus de largura, o desvio é significativo e deve ser tratado matematicamente. [0071] Métodos para calcular a real orientação do polarizador em cada ponto em uma imagem são bem conhecidos na tecnologia. A etapa do processo chamada de "calcular parâmetros de polarização", aqui, se aplica em um ou mais destes métodos. [0072] Sistemas e métodos que usam um filtro de polarização para medir a polarização de luz em uma imagem de acordo com os princípios aqui descritos podem ser incorporados de muitas maneiras. Vários exemplos de modalidades adequadas serão agora descritos com detalhes. [0073] Primeira Modalidade. As figuras 4A e 4B são vistas de topo e lateral de uma aeronave de asa fixa idealizada 20 com uma única câmera voltada para baixo 16 fixamente montada em si. Um filtro de polarização 18 é montado de uma maneira tal que ele tenha uma posição fixa em relação à câmera e fique disposto na frente da lente da câmera (não mostrada). O ângulo de polarização é indicado por uma seta de duas pontas na figura 4A. [0074] A figura 5 mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa 20 mostrada nas figuras 4A e 4B, caminho de voo este que envolve mudanças na direção para orientar o filtro de polarização durante três passagens retas sucessivas sobre um alvo 22. As passagens sucessivas são indicadas por números circulados 1, 2 e 3, respectivamente. Os ângulos de polarização para as três passagens são indicados por respectivas setas de duas pontas na figura 5. [0075] Da forma vista na figura 5, a aeronave pode voar ao longo de um caminho com um padrão entrelaçado para capturar imagens com diferentes orientações do filtro da mesma cena alvo (Outros caminhos de voo podem ser empregados, desde que o filtro de polarização 18 seja orientado ao longo de três direções que diferem em pelo menos um múltiplo ímpar de 45 ° e um múltiplo par de 45 °.). [0076] Segunda Modalidade. De acordo com uma modalidade alternativa, uma câmera apontada para baixo com um filtro de polarização em uma posição fixa pode ser montada em um helicóptero. Em virtude de um helicóptero poder pairar em um local, o piloto do helicóptero pode posicionar o helicóptero em uma posição com o alvo no campo de visualização da câmera e, então, pairar nesta posição. Enquanto o helicóptero estiver pairando, o piloto pode fazer com que o helicóptero dê guinada à medida que três imagens são capturadas pela câmera em diferentes ângulos de guinada, desse modo, orientando o filtro de polarização em três direções durante a captura das três imagens. [0077] Terceira Modalidade. De acordo com uma outra modalidade, uma aeronave com uma única câmera apontada para frente ou para trás usa ângulos de inclinação lateral para alcançar diferentes orientações do filtro de polarização. As figuras 6A e 6B são vistas lateral e frontal de uma aeronave de asa fixa idealizada 20 com uma única câmera apontada para frente 16 fixamente montada em si. Um filtro de polarização 18 é montado de uma maneira tal que ele tenha uma posição fixa em relação à câmera e fique disposto na frente da lente da câmera (não mostrada). O ângulo de polarização é novamente indicado por uma seta de duas pontas na figura 6B. [0078] A figura 7 mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa 20 mostrada nas figuras 6A e 6B, caminho de voo este que envolve mudanças no ângulo de inclinação lateral para orientar o filtro de polarização durante o voo ao longo de um caminho reto 24 (isto é, a linha de visão) direcionado para um alvo 22. Sucessivas posições da aeronave ao longo da linha de visão são indicadas por números circulados 1, 2 e 3, respectivamente. Os correspondentes ângulos de inclinação lateral da aeronave 20 são mostrados para a direita de cada número circulado. Os ângulos de polarização para as três posições da aeronave são indicados por respectivas setas de duas pontas na figura 7. [0079] Para casos em que o avião pode rolar através de 90 ° e tirar três imagens do alvo com resolução adequada e sem mudança significativa na linha de visão até o alvo, o método mostrado na figura 7 é apropriado. O sistema de controle comanda o plano para rolar 45 ° para um lado, comanda a câmera para tirar uma figura, rolar o nível, tirar uma outra figura, rolar para o outro lado e tirar uma terceira figura. De forma ideal, a segunda e a terceira figuras ocorrem em posições ao longo da linha de visão da primeira posição da imagem até o alvo. Isto garante que a câmera esteja amostrando luz com quase o mesmo ângulo de espalhamento e, portanto, a mesma polarização, em cada imagem. [0080] Em casos que precisam de mais precisão, ou quando fumaça, poeira, neblina, etc. espalharem uma significativa quantidade de luz, o método da figura 8 é apropriado. A figura 8 mostra um caminho de voo para a aeronave de asa fixa 20 mostrada nas figuras 6A e 6B, caminho de voo este que envolve mudanças na direção e mudanças no ângulo de inclinação lateral para orientar a câmera voltada para frente 16 com filtro de polarização 18 (veja a figura 6A) durante três passagens sucessivas através da mesma posição que fica ao longo de uma linha de visão inicial até um alvo 22. As pernas sucessivas do caminho de voo são indicadas por números circulados 1, 2, 3 e 4, respectivamente. A primeira perna 1 é reta e colinear com a linha de visão inicial da câmera até o alvo 22. A aeronave 20 pode ter um ângulo de inclinação lateral de 0 ° quando a primeira imagem do alvo 22 for capturada pela câmera a bordo. Depois que a primeira imagem for capturada, a aeronave 20 vira para a esquerda e voa ao longo de uma segunda perna 2 que circula de volta em uma proximidade especificada até a posição na qual a primeira imagem foi capturada. Durante esta segunda passagem, a aeronave 20 pode ter um ângulo de inclinação lateral para a esquerda de 45 ° quando a segunda imagem do alvo 22 for capturada, da forma representada no texto inserido rotulado "inclinação lateral de ~45 ° à esquerda" na figura 8. Depois que a segunda imagem for capturada, a aeronave 20 vira para a direita e voa ao longo de uma terceira perna 3 que novamente circula de volta em uma proximidade especificada até a posição na qual a primeira imagem foi capturada. Durante esta terceira passagem, a aeronave 20 pode ter um ângulo de inclinação lateral para a direita de 45 ° quando a terceira imagem do alvo 22 for capturada, da forma representada no texto inserido rotulado "inclinação lateral de ~45 ° à direita" na figura 8. Depois que a terceira imagem for capturada, a aeronave 20 pode continuar a voar na direção do alvo 22 ao longo de uma perna reta 4. Os ângulos de polarização para as três passagens através da mesma posição, mas em diferentes ângulos de inclinação lateral, são indicados por respectivas setas de duas pontas na figura 8. Nos limites da precisão navegacional da aeronave, o avião coloca a câmera exatamente na mesma posição para todas as três fotos circulando e retornando para a posição da primeira foto. [0081] A aeronave que porta a câmera e o filtro de polarização pode ter asas fixas ou rotativas. Embora a maior parte dos helicópteros possa dar guinada enquanto paira, como na Modalidade 2, alguns não podem alcançar um grande ângulo de inclinação lateral enquanto pairam. Estes helicópteros podem usar as manobras mostradas na figura 7 ou na figura 8. Entretanto, alguns helicópteros podem alcançar ângulo de inclinação lateral de 45 ° pela aceleração lateral a partir de uma inatividade. Estes podem capturar imagens enquanto se movem rapidamente para a esquerda e para a direita sem movimento para frente. [0082] Quarta Modalidade. Para qualquer uma das supradescritas modalidades: em vez de uma câmera, a aeronave pode ser equipada com duas câmeras miradas grosseiramente paralelas uma à outra, cada câmera com respectivos filtros de polarização fixos que são orientados, grosseiramente, em 90 ° um em relação ao outro. Com este arranjo, uma volta de 45 °, em inclinação lateral, ou guinada (dependendo da orientação das câmeras) adquire todos os parâmetros de Stokes lineares em duas manobras, em vez das três necessárias nas modalidades anteriores. [0083] A quarta modalidade impõe peso e custo extras para uma câmera e um filtro adicionais, além da única câmera necessária para as primeira até terceira modalidades, mas ela provê algumas economias operacionais pelo uso de apenas duas manobras no lugar de três. Comparada com a solução da tecnologia anterior com múltiplas câmeras, esta modalidade usa menos câmeras, desse modo, economizando peso e custo. [0084] Quinta Modalidade. Na modalidade mostrada nas figuras 9 e 10, parte do arranjo do plano focal 26 dos pixels no interior da câmera 16 é coberta com um filtro de polarização 18a e parte é descoberta, de forma que o resultado seja imagens regulares (não polarizadas) provenientes desta parte do arranjo do plano focal 26. A figura 9 mostra uma configuração de câmera na qual um filtro de polarização 18 sobrepõe uma parte de um arranjo do plano focal 26 dos pixels no interior de uma câmera 16. O filtro de polarização 18 pode ser ligado no arranjo do plano focal 26 usando adesivo 25. O arranjo do plano focal 26, por sua vez, é fixado na parede posterior 30 do alojamento de câmera 16. [0085] A figura 10 é uma vista frontal do filtro de polarização 18 que sobrepõe uma parte de um arranjo do plano focal 26. A orientação do filtro de polarização 18 é indicada por uma seta de duas pontas na figura 10. A parte descoberta do arranjo do plano focal 26 mede a intensidade total, que é uma das medições usadas para computar parâmetros de Stokes. Ela também provê uma imagem convencional quando polarimetria não for necessária. A parte coberta do arranjo do plano focal 26, juntamente com manobras da aeronave para apontar esta parte do arranjo do plano focal 26 em um alvo e para orientar o filtro de polarização 18 apropriadamente, provê medições de intensidade em uma ou duas orientações de polarização. [0086] Colocar um filtro uniforme sobre parte de um arranjo do plano focal de um CCD é muito mais econômico e mais fácil do que a solução da tecnologia anterior de colocar uma orientação do filtro em particular sobre cada pixel. A técnica anterior exige que uma peça de plástico ou vidro seja anexada com uma precisão de cerca de 1 mm. A tarefa pode ser feita a mão, e ela pode ser usada para modificar uma câmera já instalada em uma aeronave. A última técnica (tecnologia anterior) exige, grosseiramente, que um milhão de filtros individualmente orientados sejam posicionados em uma fração da largura de um pixel, por exemplo, um mícron ou dois. Ela exige precisos sistemas de fabricação eletro-óptica e pode ser feita plausivelmente apenas em uma fábrica. [0087] Em uma modalidade alternativa (não mostrada), a parte não polarizante é coberta com um filtro óptico de densidade neutra que transmite cerca de 50 % da luz incidente. Já que um filtro de polarização transmite cerca de 50 % da luz incidente quando a cena não for polarizada ou apenas ligeiramente polarizada (como na maior parte das cenas ao ar livre), o filtro de cinza a 50 % corresponde grosseiramente à transmitância do polarizador. Corresponder à transmitância significa que ambos os lados da imagem do CCD são aproximadamente igual mente bem expostos, o que melhora a usabilidade da imagem e a resolução da intensidade. [0088] Sexta Modalidade. Na modalidade mostrada na figura 11, a câmera 16 é modificada para ter dois filtros de polarização 18a e 18b com orientações diferentes na frente de respectivas metades do arranjo do plano focal 26, e as cobrindo. A aeronave manobra para tratar a imagem do alvo em cada seção do arranjo do plano focal 26, em vez de rotacionar ao redor do seu eixo geométrico óptico. Isto habilita a medição de várias polarizações com uma ou poucas pequenas reorientações da aeronave, em vez de múltiplas grandes manobras. Com uma câmera voltada para frente, a configuração da figura 11 precisa apenas de uma rolagem de 45 °, além de uma pequena mudança de direção ou arfagem a fim de fazer medições em três diferentes ângulos de polarização. [0089] A configuração mostrada na figura 12 compreende três filtros de polarização linear 18c - 18e com respectivas orientações e um filtro de polarização circular 18f na frente de respectivos quadrantes do arranjo do plano focal 26, e os cobrindo. Esta configuração, tipicamente, precisa de somente um grau ou dois de mudança de direção ou de arfagem para fazer medições em três ou quatro ângulos de polarização (isto é, a aeronave não precisa rolar). O filtro de polarização circular 18f pode medir o completo vetor de Stokes em aplicações em que polarização circular é significativa. Altemativamente, o quadrante do arranjo do plano focal 26 coberto pelo filtro de polarização circular 18f pode, em vez disto, ser coberto por um filtro de densidade neutra para prover uma medição da intensidade não polarizada. [0090] Sétima Modalidade. Em uma outra modalidade, a invenção explora a presença de uma câmera montada em balanceiro da agulha em alguma aeronave. A figura 13 é uma vista de topo diagramática de uma típica câmera montada em balanceiro da agulha 16 com uma unidade de lente 28. A figura 13A é uma vista seccional da câmera montada em balanceiro da agulha representada na figura 13, o balanceiro da agulha sendo dividido ao longo de um plano indicado pela linha 13A - 13A na figura 13. O balanceiro da agulha 32 tem dois eixos geométricos de rotação mutuamente perpendiculares. A câmera 16 pode oscilar para a esquerda e para a direita ao redor do eixo geométrico do azimute do balanceiro da agulha e pode rotacionar ao redor do eixo geométrico de elevação do balanceiro da agulha para apontar a unidade de lente 28 para cima e para baixo. Nesta configuração, os eixos geométricos de azimute e de elevação são perpendiculares ao eixo geométrico óptico da câmera 16 e um em relação ao outro. [0091] De acordo com uma sétima modalidade mostrada nas figuras 14, 14A e 14B, uma câmera montada em balanceiro da agulha 16 é desenhada para facilitar a mudança da orientação de um filtro de polarização 18 que é anexado na unidade de lente 28 da câmera 16. Da forma vista na figura 14, a câmera 16 é montada transversalmente no balanceiro da agulha 32 de uma maneira tal que o eixo geométrico de elevação anterior fique paralelo ao eixo geométrico óptico da câmera 16. Nesta configuração, a câmera 16 pode rotacionar ao redor do eixo geométrico de elevação anterior entre primeiras e segundas posições angulares, fazendo com que o filtro de polarização 18 oscile para cima e para baixo, da forma vista nas figuras 14A e 14B. Com o propósito de ilustração, é considerado que a quantidade de rotação representada nas figuras 14A e 14B é 90 °. Quando a câmera 16 estiver na primeira posição angular, o filtro de polarização 18 é orientado horizontalmente (visto na figura 14A); quando a câmera 16 estiver na segunda posição angular, o filtro de polarização 18 é orientado verticalmente (visto na figura 14B). Nas figuras 14A e 14B, as setas de duas pontas retas indicam as respectivas orientações do filtro de polarização 18, ao mesmo tempo em que as setas de duas pontas curvas indicam o caminho curvo do centro do filtro de polarização à medida que a câmera 16 rotaciona entre a primeira e a segunda posições angulares. A capacidade de mudar a orientação do filtro de polarização 18 habilita a câmera 16 a prover imagens em vários ângulos de polarização. Nesta sétima modalidade, o eixo geométrico de elevação anterior não mais mira a câmera 16 para cima e para baixo. O eixo geométrico do azimute continua a prover apontamento esquerda - direita sobre cerca de metade da faixa que ele tinha em um dispositivo da tecnologia anterior. Manobras da aeronave proveem apontamento em outros eixos geométricos. [0092] Oitava Modalidade. A figura 15 mostra uma vista lateral de um veículo aéreo não tripulado 20 com uma câmera 16 montada em um balanceiro da agulha 32 (parcialmente mostrado) em uma torre de esfera 34. Para câmeras montadas em balanceiro da agulha que olham para fora através de uma torre de esfera clara 34 (ou janela), uma parte da torre de esfera 34 (ou janela) pode ser coberta por um filtro de polarização 18 para polarizar uma parte do campo de consideração da câmera, da forma mostrada na figura 16. Para tratamento de imagem convencional, o balanceiro da agulha 32 é usado para mirar a câmera 16 fora da parte não filtrada da torre de esfera 34 (ou janela). Para polarimetria, o balanceiro da agulha 32 é usado para mirar a câmera 16 no alvo (não mostrado na figura 16) e a aeronave é orientada para colocar o filtro de polarização 18 entre a câmera 16 e o alvo. Se múltiplas orientações do filtro forem necessárias, a aeronave 20 realiza manobras da forma previamente descrita para outras modalidades para orientar o filtro de polarização 18. [0093] Entende-se que operadores do UAV raramente apontam a câmera 16 através da parte posterior inferior da torre de esfera 34. Usar esta posição para um filtro de polarização 18, portanto, terá mínimo impacto em operações ordinárias, ainda habilitando a aquisição de dados de polarimetria. Como na terceira modalidade, rolar a aeronave para a esquerda ou para a direita muda a orientação do filtro. [0094] A figura 16 mostra o filtro de polarização 18 montado no interior da torre de esfera 34. Em casos em que isto não for factível, o filtro de polarização 18 pode ser montado fora da torre de esfera 34 usando uma carenagem apropriada para minimizar o arraste aerodinâmico. [0095] Uma outra opção (não mostrada nos desenhos) é montar o filtro de polarização 18 em um lado da torre de esfera 34, por exemplo, o lado do estibordo. Então um UAV que circula um alvo no sentido anti-horário em uma inclinação lateral esquerda pode adquirir imagens não polarizadas ordinárias, mas circulando o alvo no sentido horário em uma inclinação lateral direita, o UAV pode adquirir imagens polarizadas. A visualização do alvo em várias posições no plano focal, juntamente com mudanças no ângulo de arfagem do UAV, permite medições de polarização em várias orientações. [0096] As modalidades descritas até este ponto operam no princípio da manobra de um veículo, de forma que a orientação de um filtro de polarização seja variada durante o tratamento de imagem de um alvo usando uma câmera. Outras modalidades operam em um princípio que exploram as propriedades ópticas de uma câmera sem um filtro de polarização dedicado para determinar a quantidade de luz polarizada em uma cena. De acordo com algumas modalidades, são providos um sistema e um método que determinam a polarização de luz a partir de um ou mais objetos em uma cena sem usar um filtro de polarização. Uma série de imagens é adquirida com uma câmera orientada em vários ângulos para que os objetos apareçam em várias posições no plano focal da câmera. Luz que colide na lente em um ângulo não perpendicular é parcialmente refletida, com a luz refletida sendo polarizada paralela à superfície da lente e a luz transmitida sendo polarizada perpendicular à superfície da lente. Comparando imagens da série, espera-se ver a intensidade de cada objeto polarizado variar com a posição de sua imagem projetada no plano focal. Esta variação de intensidade revela a polarização de luz proveniente de cada objeto. [0097] Para uma típica modalidade que usa uma câmera sem um filtro de polarização, o sistema compreende: uma aeronave; um sistema de navegação e controle a bordo com as capacidades previamente descritas; uma câmera a bordo com uma orientação conhecida em relação à aeronave; um sistema de controle a bordo capaz de controlar a câmera para capturar imagens quando a aeronave chegar na posição selecionada com uma das orientações selecionadas; um computador (a bordo ou no solo) programado para registrar as imagens e computar valores de polarização de um alvo de acordo com dados armazenados que representam uma caracterização da energia de polarização da câmera; e dispositivo para transferir imagens da câmera para o computador. [0098] Modalidades que não usam um filtro de polarização empregam dispositivos e métodos para caracterizar uma energia de polarização da câmera (especificamente, dois elementos de sua matriz de Mueller) em função do ângulo, de forma que a câmera possa ser usada da forma descrita no parágrafo precedente. Esta caracterização da energia de polarização da câmera envolve uma fonte de luz polarizada com um ângulo e um grau da polarização conhecidos (tipicamente, usados em um laboratório ou uma fábrica); uma câmera; um computador configurado para receber imagens da câmera; e software no computador para processamento de imagens geradas com a fonte de luz polarizada e a câmera para determinar os elementos da matriz de Mueller que caracterizam a energia de polarização da câmera. [0099] As principais etapas de um processo para adquirir dados de polarimetria usando uma câmera sem um filtro de polarização anexado são como segue: (1) Por medição ou por cálculo, a energia de polarização da câmera (isto é, matriz de Mueller) em função do ângulo é determinada. (2) Depois da caracterização da energia de polarização da câmera, uma série de imagens da câmera de um alvo são capturadas. A orientação da câmera é mudada entre sucessivas imagens para que o alvo tenha imagem tratada em vários pontos no plano focal da câmera. Para algumas aplicações, a câmera é montada em um veículo aéreo. A orientação da câmera é controlada pela manobra do veículo aéreo. (3) Os dados da imagem capturada são, então, transferidos da câmera para o computador. (4) O computador, então, processa os dados da imagem, usando as matrizes de Mueller da câmera para calcular a quantidade e o ângulo de polarização na luz proveniente do alvo. [00100] Antes de descrever várias modalidades que se baseiam na caracterização da energia de polarização de uma câmera, discussão adicional de aspectos da polarização de luz será útil. Físicos e engenheiros descrevem a polarização de ondas eletromagnéticas como com dois componentes ortogonais correspondentes às direções nas quais o campo elétrico oscila. Em radiação fortemente polarizada, um destes componentes é muito mais forte que o outro. Luz solar natural não é polarizada, isto é, os dois componentes de polarização têm magnitude igual. / [00101] E bem conhecido que reflexo parcial em uma superfície transparente pode dividir um feixe de luz em dois feixes, cada um dos quais sendo parcialmente ou completamente polarizado. Isto pode ser demonstrado passando luz através de uma folha de vidro estável em um ângulo oblíquo. A figura 17A mostra nenhuma polarização quando luz atingir uma folha estável 40 feita de vidro em incidência perpendicular. A figura 17B mostra reflexo mais forte de luz polarizada em s em incidência oblíqua, o que aumenta a proporção de luz polarizada em p no feixe transmitido. Apenas o primeiro reflexo na superfície é mostrado. Na realidade, também há reflexo a partir da superfície posterior. As figuras 17A e 17B (e outras figuras) seguem a convenção comum de nomear os dois componentes de polarização s e p, cada qual nomeado como um mnemônico em relação ao que eles são paralelos: s é paralelo à superfície e p é paralelo ao plano de incidência. Nas figuras, luz polarizada em p é mostrada por setas que indicam um vetor no plano da página e luz polarizada em s é mostrada por círculos que indicam um vetor perpendicular à página. A intensidade de cada componente de polarização é indicada pelo comprimento de cada seta ou pelo diâmetro de cada círculo. A luz refletida a partir de cada superfície é principalmente polarizada em s quando não colide em um ângulo de incidência próximo de 0 ° (a situação representada na figura 17B). A luz restante no feixe transmitido é um tanto quanto esvaziada no componente s e, portanto, é ligeiramente mais polarizada em p quando o feixe incidente não estiver colidindo em um ângulo de incidência próximo de 0 °. A razão dos dois componentes depende do ângulo de incidência e do índice de refração do vidro. As amplitudes do coeficiente para reflexo e transmissão de ondas paralelas e perpendiculares à superfície podem ser calculadas usando as equações de Fresnel. Para qualquer ângulo incidente 0i, as equações de Fresnel aparecem como segue: (5) (6) (7) (8) em que n; é o índice de refração para a mídia incidente, nt é o índice de refração para a mídia transmitida, 0i é o ângulo incidente e 0t é o ângulo transmitido, que pode ser calculado usando ni, nt, 0i e lei de Snell.

Matrizes de Mueller Da forma previamente discutida em relação às Eqs. (1) - (4), os parâmetros de Stokes podem ser calculados com base nos ângulos em relação a um elemento óptico. Um filtro de polarização, uma lente da câmera ou outro elemento óptico podem transformar luz polarizada de uma forma descritível por um primeiro vetor de Stokes para uma outra forma descritível por um segundo vetor de Stokes. A maneira mais comum de descrever matematicamente esta transformação é o cálculo de Mueller, em que a transformação é especificada por uma matriz 4 x 4. O formalismo parece como a Eq. (9): S2 = MS, (9) em que Si é o primeiro vetor de Stokes, M é a matriz de Mueller de um elemento óptico e S2 é o segundo vetor de Stokes. A matriz de Mueller de um filtro de polarização horizontal perfeito é como segue: Para um filtro de polarização vertical perfeito, a matriz é: A Eq. (10) é um exemplo que mostra como o cálculo de Mueller funciona. Um feixe de luz não polarizado que chega (representado na extrema direita de Eq. (10) por um vetor Sl) com intensidade 1 é polarizado em 45 ° para cima à direita. Ele passa através de um filtro de polarização vertical (representado por uma matriz de Mueller), que se torna um feixe verticalmente polarizado (representado no lado esquerdo de Eq. (10) por um vetor S2) com intensidade de Vr. [00102] Nos exemplos expostos, uma matriz de Mueller descreve a íntegra de um elemento óptico, por exemplo, um filtro de polarização ou uma lente da câmera. No caso de uma lente da câmera, a matriz de Mueller depende do ângulo de incidência 0i no qual um feixe de luz em particular colide na lente e do ângulo de orientação φ ao redor do eixo geométrico óptico. Portanto, esta descrição, algumas vezes, refere-se a matrizes de Mueller específicas como Μ(θ) quando apenas o ângulo de incidência importar e, outras vezes, refere-se a matrizes de Mueller específicas como Μ(θ, φ), ou algum termo similarmente específico, quando ambos os parâmetros importarem.

Simples Exemplo Qualitativo [00103] Em uma câmera CCD, a lente focaliza luz que chega em vários pontos em um arranjo do plano focal. As figuras 18A até 18C são diagramas que mostram, respectivamente, diferentes quantidades de polarização por uma lente 42 em diferentes ângulos 9 = 0, ~20 ° e ~40 ° em relação ao eixo geométrico óptico de uma câmera 16, correspondentes às respectivas diferentes posições do pixel. O ângulo no qual a luz alcança a lente 42 determina a posição na qual a luz focaliza no arranjo do plano focal 26. [00104] A figura 19 mostra diferente polarização de luz que passa através de uma lente 42 em diferentes ângulos, correspondentes a diferentes posições de uma imagem de objeto em um arranjo do plano focal 26. A excentricidade da elipse mostra o grau da polarização; a orientação da elipse mostra a direção da polarização. Já que luz que chega em ângulo de incidência zero fica focalizada no centro do arranjo do plano focal 26 (veja a figura 18A), luz focalizada no centro do arranjo do plano focal 26 incorre na polarização da lente 42 (veja a figura 19). Luz que chega em um grande ângulo fica focalizada próximo da borda do arranjo do plano focal 26 (veja a figura 19), então, luz que ilumina a borda do arranjo do plano focal 26 incorre em máxima polarização da lente 42. Em decorrência disto, a lente 42 age como um filtro de polarização: se a luz que chega na câmera 16 a partir da cena externa já estiver polarizada perpendicular ao efeito de polarização da lente, então, a lente 42 reduz a intensidade da luz. Isto significa que a aparente intensidade de um dado objeto na cena depende de (a) sua real intensidade, (b) sua polarização e (c) sua posição no plano focal. [00105] As figuras 19A até 19C mostram diferentes intensidades de um objeto da cena em diferentes posições do pixel que revelam sua polarização (largura da linha indica a intensidade) para luz verticalmente polarizada (figura 19A), luz horizontalmente polarizada (figura 19B) e luz não polarizada (figura 19C). Da forma vista na figura 19A, um objeto verticalmente polarizado permanece brilhante quando ele aparecer próximo de uma linha vertical através do centro do plano focal, mas ele toma-se turvo em um arco para a direita ou a esquerda a partir do centro. Um objeto horizontal mente polarizado permanece brilhante quando ele aparecer em um arco próximo de uma linha horizontal através do centro do plano focal, mas ele toma-se turvo em um arco acima ou abaixo do centro (veja a figura 19B). Da forma vista na figura 19C, a intensidade de um objeto não polarizado desvanece com a distância a partir do centro do plano focal, independente da direção do objeto a partir do centro. [00106] A discussão exposta foi baseada na luz com polarização variável e ângulo de chegada variável que interage com uma câmera fixa e seu plano focal. Altemativamente, pode-se pensar sobre a luz que colide com polarização fixa em coordenadas fixas, por exemplo, se deslocando na direção x, ao mesmo tempo em que a orientação da câmera muda. As figuras 20A -20C ilustram esta abordagem. [00107] A figura 20A mostra uma vista seccional de uma lente não inclinada 42a (ângulo de incidência zero) e uma lente 42b inclinada em um ângulo não zero Θ. Estas lentes são divididas ao longo de um plano indicado pela linha 20A - 20A na figura 20B. A figura 20B mostra vistas frontais das lentes 42a, 42b representadas na figura 20A e outras lentes 42c, 42d que são inclinadas pelo mesmo ângulo Θ em relação à luz que chega, mas elas inclinam em diferentes ângulos de orientação Θ ao redor do eixo geométrico óptico. A figura 20C representa imagens de objeto projetadas sobre um arranjo do plano focal 26 pelas lentes representadas na figura 20B, considerando que o arranjo do plano focal 26 é paralelo a cada lente e centralizado no eixo geométrico óptico da lente como em uma câmera típica. O ângulo φ corresponde à posição angular ao redor do centro do plano focal. Luz que passa através das lentes nestas orientações focaliza em diferentes pontos no arranjo do plano focal 26. Portanto, uma coordenada φ do pixel no plano focal corresponde à orientação da luz em relação à superfície da lente quando a luz tiver passado através da lente. Isto afeta a quantidade relativa de polarização s e polarização p na luz polarizada que chega. Luz horizontal mente polarizada que chega que focaliza em um local com φ = 0 é polarizada em p em relação a uma lente. Luz horizontalmente polarizada que chega que focaliza em um local com φ = 90 ° é polarizada em s. De acordo com algumas modalidades, o veículo aéreo pode ser manobrado de uma maneira tal que a câmera seja orientada em diferentes ângulos para que luz proveniente de um único alvo seja focalizada em pontos com vários valores.

Complicações [00108] O caminho óptico de um alvo até um sensor CCD da câmera impõe complicações adicionais que devem ser consideradas se a câmera precisar ser caracterizada por uma matriz de Mueller correta. [00109] Lente curva. Com uma folha de vidro estável, luz colimada que chega atinge cada ponto na superfície no mesmo ângulo e, portanto, cada ponto na superfície polariza o feixe transmitido no mesmo grau de cada outro ponto (veja a figura 17B). Uma lente da câmera tem uma superfície curva, então, um feixe de luz colimado não atinge a lente no mesmo ângulo sobre a íntegra da superfície. Há, assim, um grau de polarização ligeiramente variável para luz transmitida através de vários pontos na lente 42 (veja a figura 21 A). Entretanto, para uma lente com simetria circular (isto é, quase toda ela) e um alvo próximo do centro da imagem, polarização incorrida em qualquer ponto A na lente é quase cancelada por polarização de luz oposta e quase igual em um ponto B equidistante do centro da lente e 90 ° ao redor do eixo geométrico a partir do ponto A. Portanto, o efeito líquido é similar àquele de uma folha de vidro estável: luz que chega paralela ao eixo geométrico da lente (isto é, grosseiramente perpendicular à superfície da lente) e focalizada em um ponto próximo do centro de um arranjo do plano focal incorre coletivamente na polarização que passa através da lente; mas luz que chega em um ângulo substancial em relação ao eixo geométrico da lente e focalizada em um ponto distante do centro do arranjo do plano focal incorre coletivamente em polarização mais forte (veja a figura 21B). O grau da polarização varia ligeiramente através da superfície da lente; apenas o feixe central é mostrado na figura 21B. [00110] Uma abertura estreita da câmera minimiza o efeito de uma superfície curva da lente: a lente curva muito pouco sobre a área de uma pequena abertura. Uma ampla abertura aumenta as diferenças de não cancelamento entre caminhos paralelos amplamente separados através da lente. Portanto, algumas modalidades incluem largura da abertura como um parâmetro, bem como Θ, na determinação de matrizes de Mueller para a câmera. [00111] Múltiplas lentes. Até aqui, esta descrição tratou uma lente como uma única peça de vidro com reflexos nas superfícies frontal e posterior. Tipicamente, qualquer câmera, incluindo câmeras de vigilância aérea e as agora comumente usadas câmeras tipo apontar e disparar e reflexo de lente única, terá múltiplas lentes combinadas em uma única unidade de lente da câmera. Cada lente é constituída por elementos de lente. Alguns são cimentados em conjunto; outros não são, em vez disto, tendo interfaces ar -lente. Múltiplos elementos de lente são usados para controlar aberrações e prover uma imagem nítida. Reflexos parciais podem ocorrer em cada interface, aumentando o grau da polarização para caminhos de luz fora do eixo geométrico. Por exemplo, a figura 22 mostra um arranjo básico de um sistema de lente tipo foco interno que compreende um primeiro grupo de lentes fixo 50, um segundo grupo de lentes 52 para realizar uma operação de aproximação, uma parada da íris 54, um terceiro grupo de lentes fixo 56, um quarto grupo de lentes 58 (referido como uma lente de foco) tanto com um função de focalização quanto com uma assim denominada função do compensador para compensar o movimento de um plano focal ocasionado pela aproximação; e um dispositivo de percepção de imagem, tal como um arranjo do plano focal 26. Para reduzir artefatos de imagem, tal como chama, e para aumentar a quantidade da luz transmitida, fabricantes de lente, tipicamente, cobrem elementos com revestimentos antirreflexivos, possivelmente, constituídos por múltiplas camadas e, tipicamente, sendo mais efetivos em alguns comprimentos de onda que em outros. Estes reduzem, mas não eliminam, a polarização adicionada em cada interface ar - lente. [00112] Óptica do plano focal. Uma vez através da lente da câmera, a luz cai no arranjo do plano focal, que é, tipicamente, um detector CCD. Como a lente, o CCD também pode aumentar a polarização. O CCD é um dispositivo multicamadas que não apenas coleta a luz pela conversão de fótons em um sinal elétrico, mas, também, tipicamente, filtra a luz através de um filtro infravermelho e um arranjo de filtro de cor (frequentemente, um filtro Bayer). A figura 23 mostra uma vista seccional de uma célula unitária de um típico CCD. A célula unitária compreende um sensor 60, um arranjo de filtro de cor 62 e um microlente no chipe 64 (Um dispositivo monocromático não tem filtros de cor como parte do CCD.). [00113] Da forma vista na figura 23, luz pode encontrar a microlente no chipe 64 usada para maximizar a coleta de luz e direcioná-la para o sensor 60. A luz, então, passa através de um arranjo de filtro de cor 62. Tipicamente, o arranjo de filtro de cor será um filtro Bayer constituído por filtros de cor vermelho, verde e azul padronizados através do chipe. Em cada interface através da microlente 64 e dos filtros de cor 62, algum reflexo ocorre. Quanto mais fora do eixo geométrico, mais este reflexo aumenta a polarização. [00114] Superfície do sensor. Um outro reflexo parcial ocorre na superfície do filtro até o sensor, aumentando ligeiramente a polarização ainda adicional mente. Métodos para caracterizar uma câmera [00115] Método computacional. Um método para caracterizar uma câmera, isto é, para determinar suas matrizes de Mueller para diversos diferentes ângulos de incidência, é importar um modelo geométrico e material detalhado de cada elemento de lente, revestimentos, adesivos e óptica do plano focal para o software de análise óptica. O software calcula a polarização de luz que chega em cada ponto no arranjo do plano focal. Este método não é inédito. [00116] Método experimental. Um segundo método é fazer uma série de medições de intensidade e cálculos usando um método experimental. Este método é mais fácil do que o método computacional, em virtude de todas as complicações supradescritas serem automaticamente consideradas. Este método experimental compreende as seguintes etapas. [00117] Primeiro, configurar a câmera, incluindo a lente selecionada, em um ambiente óptico controlado. A configuração inclui, tipicamente, um alvo óptico, um polarizador que pode ser rotacionado até uma orientação selecionada, e dispositivo para rotacionar a câmera ao redor de pelo menos um eixo geométrico para tirar fotos nas quais o alvo aparece em vários ângulos conhecidos fora do eixo geométrico. Um exemplo de uma configuração experimental como esta é mostrado na figura 24. Uma câmera CCD 16 com um arranjo do plano focal 26 de sensores e uma unidade de lente 28 é montada em um mecanismo de giro panorâmico - inclinação 68. A unidade de lente 28 da câmera 16 é mirada em uma fonte de luz 66 com um filtro de polarização 18 disposto entre elas. A fonte de luz 66 emite luz não polarizada que é filtrada pelo filtro de polarização para produzir ondas de luz polarizada que colidem na unidade de lente 28 (Embora a figura 24 mostre a fonte de luz 66 emitindo luz diretamente na direção da câmera 16, no experimento real relatado a seguir, a câmera recebia luz depois que ela tinha sido emitida na direção de uma folha de papel branco por uma fonte de luz e, então, refletida na direção da câmera pelo papel branco.). [00118] Depois da configuração, imagens do alvo são capturadas em várias posições da câmera e orientações do filtro. A matriz de Mueller Μ(θ) é diferente em cada ângulo fora do eixo geométrico Θ. Portanto, medições da imagem devem ser feitas tanto (a) em cada ângulo 0i para o qual uma precisa matriz de Mueller é desejada quanto (b) em ângulos espaçados próximos o suficiente para permitir interpolação suficientemente precisa. Pelo menos duas imagens devem ser capturadas em cada ângulo Gr, da forma descrita a seguir, tipicamente, três imagens são usadas para melhorar a precisão. [00119] A faixa de ângulos Oi nos quais captura-se imagens varia com a câmera e a aplicação. Uma única imagem de referência deve ser capturada no ângulo 0 = 0. Já que uma câmera tem o mais forte efeito de polarização no maior ângulo incidente, uma típica aplicação captura imagens em ângulos a partir da imagem de referência em 0 = 0 até o maior ângulo incidente possível, isto é, uma posição com o alvo mais distante do centro da imagem. Na maior parte dos casos, isto coloca o alvo em um canto de uma imagem retangular. Por simplicidade computacional, algumas modalidades usam imagens com o alvo no meio de uma borda em uma imagem retangular, mesmo embora esta não esteja tão distante do centro da imagem como um canto. [00120] As próximas poucas seções descrevem condições para capturar a imagem de referência em 0 = 0 e um conjunto de imagens em algum valor de Oi Φ 0.

Imagem de Referência: No Eixo Geométrico, isto é, Θ = 0 [00121] A imagem de referência usa um ângulo incidente de 0 °, isto é, o alvo é centralizado na imagem. Neste ângulo, a lente e a óptica do plano focal são tratadas como um filtro claro ideal (Elas não são, mas isto não é discemível, a menos que uma melhor câmera ou outro instrumento sejam usados.). A correspondente matriz de Mueller é a matriz identidade, da forma mostrada em Eq. (11): (11) O alvo emite e/ou espalha luz não polarizada, que é descrita pelo vetor de Stokes inserido na extremidade direita da Eq. (11). [00122] Cada imagem capturada é um arranjo de valores de pixel Pj. Cada valor de pixel é proporcional à intensidade de luz que colide em um correspondente ponto na cena alvo. O valor de pixel Po medido no ponto alvo na imagem de referência define a intensidade de referência Io, da forma mostrada em Eq. (12). (12) [00123] Coeficientes não unitários para matrizes de Mueller correspondentes a outros ângulos Oi indicam mudanças em relação a esta intensidade de referência.

Imagens em 0 = Oi, φ = 0 [00124] Todas as imagens tomadas em cada ângulo incidente 0 = Oi usam o mesmo ângulo de rotação φ. O ângulo de rotação φ é definido pelo plano que contém o alvo, o centro da lente e o ponto na lente que é mais distante do alvo (veja a figura 20C). O ângulo de rotação φ define o sistema de coordenadas para polarização, isto é, todas as imagens de caracterização são definidas como em φ = 0. Luz polarizada em φ = 0 é definida como horizontalmente polarizada, isto é, Q = 1 no sistema de coordenadas escolhido. Esta definição torna a luz horizontalmente polarizada igual à luz polarizada em p para a lente e verticalmente polarizada igual à polarizada em s.

Alvo Não Polarizado [00125] Uma das imagens em θ = θι visualiza o alvo com luz não polarizada, isto é, nenhum filtro de polarização é usado ao lado da própria câmera. Isto corresponde ao vetor de Stokes de entrada mostrado na extremidade direita da Eq. (13): (13) [00126] A imagem inclui o valor de pixel medido Peunp no alvo. A luz que alcança a câmera a partir do alvo tem a mesma intensidade da imagem de referência, mas o valor de pixel medido é diferente, então, o elemento da matriz de Mueller An para θ = θι é calculado usando Eq. (14) e valores medidos Po e PeUnP: (14) Alvo Horizontalmente Polarizado (Polarizado em p) [00127] Uma das imagens em Θ = 0i pode visualizar o alvo com luz que passou através de um polarizador horizontal. (Já que a câmera é orientada com φ = 0, polarização horizontal é igual à polarização p.) Isto corresponde ao vetor de Stokes de entrada na extremidade direita na Eq. (15), incluindo o efeito do filtro na intensidade total (Para um filtro de polarização ideal, o coeficiente de intensidade é 1/2, da forma mostrada. Um dos métodos descritos a seguir mede o coeficiente real.). (15) [00128] A imagem inclui o valor de pixel medido Pep no alvo. A partir da Eq. (15), vê-se que o elemento da matriz de Mueller An para Θ = 0i é relacionado ao valor de pixel pela Eq. (16): (16) [00129] Esta equação pode ser rearranjada para adquirir A12, da forma mostrada em Eq. (17).

Aj2 - 2Iep - An (17) [00130] Alvo Verticalmente Polarizado (Polarizado em s) [00131] Uma das imagens em 0 = Oi pode visualizar o alvo com luz que passou através de um polarizador vertical (Já que a câmera é orientada com φ = 0, polarização vertical é igual à polarização s.) Isto corresponde ao vetor de Stokes de entrada na extremidade direita na Eq. (18). (18) [00132] A imagem inclui o valor de pixel medido Pes no alvo. A partir da Eq. (18), vê-se que o elemento da matriz de Mueller An para 0 = 0; é relacionado ao valor de pixel pela Eq. (19): (19) [00133] Esta equação pode ser rearranjada para adquirir A12, da forma mostrada em Eq. (20): Ai2 = An-2l0s (20) [00134] Usar Imagens Polarizadas em s e em p para Derivar Estimativa A12 Média [00135] Algumas modalidades usam as imagens tanto horizontalmente polarizadas quanto verticalmente polarizadas supradescritas. Estas modalidades combinam dados para reduzir o efeito do ruído e, desse modo, melhorar a estimativa de A12. Nestas modalidades, Eq. (17) é adicionada em Eq. (20) e a soma é dividida por 2 para computar uma estimativa média de A12: (21) [00136] Usar imagens tanto horizontal mente quanto verticalmente polarizadas produz uma outra vantagem: uma estimativa para o coeficiente de intensidade do filtro de polarização usado nestas medições. O coeficiente de intensidade descreve qual fração de luz não polarizada atravessa um filtro. Como exposto, um filtro de polarização ideal tem um coeficiente de intensidade de 1/2. Para um filtro de polarização real, o coeficiente de intensidade pode ser computado como a fração média de luz que atravessa o filtro em quaisquer duas polarizações perpendiculares, por exemplo, polarizada em s e polarizada em p. A intensidade de pixel para luz não filtrada já foi medida como IeUnp, da forma vista em Eq. (14). Portanto, o coeficiente de intensidade do filtro pode ser computado como: (22) [00137] Este valor substitui o coeficiente 1/2 nas Eqs. (15) e (18), levando a melhores coeficientes numéricos em Eqs. (17), (20) e (21) para estimar A12.

Exemplo de Medição da Matriz de Mueller [00138] O método supradescrito foi usado para caracterizar uma câmera Canon EOS Rebel 300D com uma lente de aproximação Canon EFS de 18-55 mm definida no comprimento focal de 18 mm e um filtro claro na frente da lente. A fonte de luz era uma folha de papel de impressora branco iluminada por uma luminária de escrivaninha fluorescente. O papel de impressora branco tinha um símbolo alvo em forma de cruz desenhado em si (uma parte deste símbolo alvo é representada na figura 25). Imagens foram salvas em formato JPEG de 8 bits. Este nível de qualidade basta para mostrar a viabilidade. Em uma caracterização mais rigorosa, pode-se configurar a câmera para produzir imagens em formato RAW de 12 bits, que proporciona resolução mais alta e não introduz erros de compressão. [00139] O método de caracterização que será agora descrito usa configurações de quatro pixels para cada cálculo, mas esta é simplesmente uma técnica de ponderação para reduzir ruído - isto não é exigido. A abordagem mais geral é com base em valores de pixels individuais. [00140] Primeiro, uma imagem de referência no eixo geométrico foi capturada com o alvo no centro da imagem. Luz proveniente do alvo era não polarizada. A figura 25 mostra uma imagem aproximada. MATLAB foi usado para marcar o pixel alvo e medir seus valores RGB. O pixel alvo foi localizado na coluna 1.536 (X) e linha 1.024 (Y) da imagem de pixel. O pixel alvo mediu valores R, G e B de 232, 181 e 124, respectivamente. Os quatro pixels adjacentes ao pixel alvo mediram a média dos valores R, G e B de 237.25, 182,5 e 127,5, respectivamente. [00141] Então, imagens fora do eixo geométrico foram capturadas com o alvo próximo da borda direita da imagem e ainda sem um filtro de polarização. O ângulo do alvo a partir do centro da imagem foi θ = θο = 28,3 °. Nesta instância, o pixel alvo foi localizado na coluna 2.850 (X) e na linha 1.024 (Y) da imagem de pixel. Os valores R, G e B médios medidos para os quatro pixels adjacentes a este pixel alvo foram, agora, 209,75, 167,5 e 115.25, respectivamente. [00142] Posteriormente, um filtro de polarização (uma lente proveniente de óculos de sol polarizados) foi colocado entre o alvo e a câmera (embora o ângulo do alvo a partir do centro da imagem ainda fosse θ = θο = 28,3 °). Primeiro, o filtro de polarização foi orientado de forma que a luz proveniente do alvo foi horizontalmente polarizada, isto é, polarizada em p, em relação à lente e à óptica do plano focal. Neste caso, os quatro pixels adjacentes ao pixel alvo (isto é, X: 2.850; Y: 1.024) mediram a média dos valores R, G e B de 118, 82 e 44,25, respectivamente. Então, o filtro de polarização foi orientado de forma que a luz proveniente do alvo foi verticalmente polarizada, que é polarizada em s em relação à lente e à óptica do plano focal. Neste caso, os quatro pixels adjacentes ao pixel alvo mediram a média dos valores R, G e B de 104,75, 80,75 e 34,75, respectivamente. Da forma esperada, os valores polarizados em p são mais altos que os valores polarizados em s: cada interface na câmera reflete mais luz polarizada em s do que luz polarizada em p. [00143] A seguinte tabela mostra um exemplo de cálculo dos primeiros dois elementos da matriz de Mueller a partir das medições supradescritas. [00144] A linha "ponto alvo" na tabela especifica as coordenadas de pixel fora do eixo geométrico do alvo visual (o centro no eixo geométrico do plano focal era em 1.536 e 1.024). Cada conjunto de medições na tabela compreende quatro pixels diagonal mente adjacentes ao pixel alvo. As colunas rotuladas em R, G e B mostram valores de pixel medidos para cada cor; a coluna "Intensidade" é a média destes valores. O média e a mediana para cada cor e para a intensidade são mostradas nas duas linhas imediatamente abaixo de cada conjunto de dados. A terceira linha a partir da base mostra o primeiro elemento de Mueller (An) calculado do valor de pixel médio para cada cor e para a intensidade total. A linha de base mostra o segundo elemento de Mueller (A12) para cada. [00145] Os dados mostram uma razão de intensidade relativamente forte para polarização horizontal por vertical nas bandas vermelha e azul, mas uma razão relativamente fraca na banda verde. Provavelmente, isto é em virtude de o revestimento da lente antirreflexo ser otimizado para reduzir reflexo na luz verde, a banda à qual a percepção visual humana é mais sensível. Já que a metodologia aqui descrita se baseia em reflexo desigual para induzir a polarização, mínimo reflexo na banda verde corresponde a mínima polarização na mesma banda. O segundo elemento de Mueller na banda verde é sombreado para indicar que medições de polarização na banda verde neste valor de Θ pode não ser confiável. [00146] O exemplo inclui cálculos do coeficiente de intensidade do filtro de polarização como em Eq. (22). Um coeficiente para cada cor é mostrado na linha na tabela rotulada "densidade neutra do polarizador". [00147] A câmera usada no experimento exposto tinha um arranjo do plano focal de 22,7 mm de largura e 15,1 mm de altura. O comprimento focal da lente foi definido em 18 mm. O ponto alvo foi 28,3 0 horizontalmente em relação ao centro, isto é, Θ = 28,3 °. [00148] No experimento supradescrito, medições para um único valor de Θ foram tomadas. Uma típica aplicação usa medições similares em múltiplos valores de Θ. Os valores da matriz de Mueller resultantes são armazenados em uma tabela de busca ou são usados para realizar ajuste de curva de uma equação que pode ser usada para estimar os valores da matriz de Mueller em qualquer ângulo. Estas matrizes de Mueller constituem uma caracterização da energia de polarização da câmera. Método para Usar uma Câmera Caracterizada [00149] Uma vez que a energia de polarização de uma câmera foi caracterizada, esta câmera pode ser usada para capturar imagens a partir de cenas que contêm alvos desconhecidos. Um método de acordo com uma modalidade compreende as seguintes etapas: Etapa 1: Confi gurar Câmera. [00150] A configuração da câmera inclui instalar a câmera e engrenagem relacionada de uma maneira tal que a câmera possa visualizar o mesmo objeto alvo com diferentes orientações da lente, que tipicamente correspondem a diferentes posições no CCD. Isto pode incluir anexar a câmera em uma montagem de giro panorâmico / inclinação, por exemplo, em uma fábrica, ou anexá-la em uma aeronave ou outro veículo.

Etapa 2: Capturar Imagens. [00151] Captura de múltiplas (por exemplo, três) imagens usando o mesmo ângulo de incidência Θ e vários ângulos de orientação da câmera (por exemplo, φ = 0 °, 45 ° e 90 °). Para cada imagem capturada em orientações diferentes, a lente projetará uma imagem de um ponto no alvo sobre uma correspondente posição no chipe CCD. O objetivo é capturar a mesma cena com ângulos de incidência similares (por exemplo, 30 ° a partir do centro), mas diferentes orientações de inclinação. Em casos em que a câmera não rotacionar ao redor do eixo geométrico da câmera até o alvo, este objetivo é equivalente à captura da cena em diferentes partes do CCD que estão no mesmo ângulo a partir do centro. Para medir os primeiros três parâmetros de Stokes (que caracterizam completamente a polarização linear), o alvo tem imagem tratada nas diferentes posições angulares ao redor do eixo geométrico óptico, de forma ideal, em 0 °, 90 ° e tanto 45 ° quanto 135 °. [00152] A câmera pode ser montada em um mecanismo de montagem de giro panorâmico / inclinação. Em uma aplicação em fábrica, uma típica modalidade usa uma montagem de giro panorâmico / inclinação automatizada ou balanceiro da agulha para orientar a câmera da forma supradescrita enquanto imagens são adquiridas. Em uma típica aplicação aérea com uma montagem de balanceiro da agulha, o balanceiro da agulha orienta a câmera enquanto imagens estão sendo adquiridas. Em casos aéreos sem um balanceiro da agulha ou quando o balanceiro da agulha for ineficiente, o operador ou computador de controle de voo manobra a aeronave, a espaçonave ou outro veículo para orientar a câmera em diferentes ângulos para aquisição de imagem. [00153] Nona Modalidade. Da forma previamente discutida, as figuras 4A e 4B são vistas de topo e lateral de uma aeronave de asa fixa idealizada 20 com uma única câmera voltada para baixo 16 fixamente montada nesta e um filtro de polarização 18 fixo na câmera. No caso em que a energia de polarização da câmera tiver sido caracterizada como exposto, o filtro de polarização pode ser omitido. Neste caso, na configuração mostrada nas figuras 4A e 4B, a câmera 16 fica voltada para baixo quando a aeronave estiver em voo nivelado. [00154] A figura 26 mostra um caminho de voo para uma aeronave de asa fixa 20 do tipo mostrado nas figuras 4A e 4B, exceto em que o filtro de polarização foi omitido. Quando uma câmera caracterizada estiver a bordo, a aeronave 20 pode adquirir dados polarimétricos a partir de um alvo 22 fazendo três voltas íngremes no mesmo ângulo de inclinação lateral θο (Para uma câmera apontada para baixo em uma aeronave em voo nivelado, o ângulo de inclinação lateral é idêntico ao ângulo de incidência Θ.). As voltas sucessivas são indicadas na figura 26 por números circulados 1, 2 e 3, respectivamente. A câmera captura uma imagem na mesma posição diretamente acima do alvo durante cada uma das três voltas. Na volta número 1, a câmera é inclinada para o oeste quando ela capturar a imagem; na volta número 2, a câmera é inclinada para o noroeste quando ela capturar a imagem; e, na volta número 3, ela é inclinada para o norte quando ela capturar a imagem. Estes correspondem a Θ = 0 °, 45 ° e 90 °. [00155] Um avião com uma câmera fixa voltada para frente pode adquirir imagens em Θ = -45 °, 0 ° e 45 ° pela guinada e pela inclinação para cima ou para baixo momentaneamente cerca de 32 ° enquanto tira fotografias. Um avião com uma câmera voltada para o lado fixo pode adquirir imagens em Θ = -45 °, 0 ° e 45 ° por guinada e rolagem para a esquerda e a direita cerca de 32 ° enquanto tira fotografias. [00156] Décima Modalidade. Um helicóptero pairando pode adquirir um conjunto similar de imagens, com a aeronave e a câmera inclinadas nos mesmos ângulos, sem deixar sua posição acima do alvo. Em vez disto, o helicóptero pode rolar e arfar se movendo lado a lado ou para frente e para trás. [00157] Décima Primeira Modalidade. Uma espaçonave pode adquirir imagens similares pela sua reorientação em sucessivas passagens orbitais acima do alvo.

Etapa 3: Comparar Imagens e Determinar Polarização [00158] No caso de veículos aéreos, as imagens capturadas podem ser transmitidas por meio de um canal de comunicação sem fios para uma antena no solo para processamento por um computador no solo ou as imagens capturadas podem ser transferidas diretamente para um computador a bordo. As imagens são transferidas para um computador que usa a intensidade medida em função da posição para determinar o vetor de Stokes Sx da cena: (23) [00159] O sistema de coordenadas deste vetor é discutido a seguir. [00160] De acordo com uma técnica conhecida, pode-se medir parâmetros de Stokes na saída do sistema, por exemplo, Qout = Into - Intço, Uout = Int45 - Inti35. Pode-se concatená-los em um vetor de Stokes de saída, multiplicar este vetor pela inversa da matriz de Mueller e adquirir o vetor de Stokes de entrada Sx da luz proveniente do alvo. [00161] A técnica de aquisição dos dados polarimétricos aqui descrita funciona diferente mente. A câmera pode medir apenas a intensidade total 1(0, φ), não Q e U, em cada orientação. Portanto, um método diferente é usado para computar Sx. Para a discussão do método apresentado a seguir, será considerado que todas as três imagens são tomadas com o mesmo ângulo de incidência 0o, mas a orientação de Θ ao redor do eixo geométrico até o alvo varia em múltiplos integrais de 45 °. Também, um feixe de luz hipotético que é 100 % horizontalmente polarizado em um sistema de referência selecionado será referido. Nenhuma tal luz existe realmente; ela é introduzida com o propósito de ajudar o leitor a entender o sistema de coordenadas e o efeito de reorientação da câmera. θ = θο, Define φ = 0: Q = 1 [00162] Uma imagem é selecionada para definir um sistema de referência, de maneira tal que φ = 0 para a imagem selecionada. Luz hipotética que é 100 % horizontalmente polarizada neste sistema de referência tem parâmetro Stokes Q = 1 e parâmetro Stokes U = 0; esta luz hipotética é polarizada em p em relação ao centro da lente. Este sistema de referência define o vetor de Stokes de entrada como em Eq. (23), e ele determina a intensidade medida na imagem como em Eq. (24): (24) [00163] Isto relaciona Iop a An e A12, assim: (25) [00164] Uma segunda imagem é usada quando a câmera for inclinada para alcançar o mesmo ângulo de incidência θο para o alvo, mas a câmera é rotacionada para φ = 90 ° ao redor do eixo geométrico até o alvo, medido no mesmo sistema de referência como a imagem com φ = 0 °. Em relação à capacidade da lente de transmitir luz, a polarização de entrada rotacionou em 90 °. Luz hipotética que é 100 % polarizada horizontalmente no sistema de referência tem parâmetro Stokes Q = -1 e parâmetro Stokes U = 0. Isto tem o efeito de trocar polarização horizontal e vertical, então, o vetor de Stokes efetivo na câmera é da forma mostrada na extremidade direita na Eq. (26): (26) [00165] Isto relaciona Ies a An e A12 assim: (27) [00166] Uma terceira imagem é usada quando a câmera for inclinada para alcançar o mesmo ângulo de incidência θο para o alvo, mas a câmera é rotacionada para φ = 45 ° ao redor do eixo geométrico até o alvo. Em relação à capacidade da lente de transmitir luz, a polarização de entrada rotacionou em 45 °. Luz hipotética que é 100 % polarizada horizontalmente no sistema de referência tem parâmetro Stokes Q = 0 e parâmetro Stokes U = 1. Isto tem o efeito de trocar H-pol e 45 °-pol (Q e U, respectivamente, no vetor de Stokes), então, o vetor de Stokes efetivo na câmera é mostrado na extremidade direita na Eq. (28): (28) [00167] Isto relaciona Ιθ45 a An e A12 assim: (29) [00168] Resolução para o Vetor de Stokes de Entrada [00169] Dadas medições de Iep, Ios e Ιθ45, o sistema de computador programado para processar dados polarimétricos, agora, tem três equações (isto é, Eqs. (25), (27) e (29)) em três Ix, Qx e Ux desconhecidos. A equação (25) pode ser adicionada em Eq. (27) para produzir: (30) que é rearranjada para adquirir Ix: (31) [00170] Pode-se substituir este em Eq. (30) para adquirir Eq. (32): (32) que pode ser rearranjado para adquirir Qx como em Eq. (33): (33) [00171] Também pode-se substituir a Eq. (31) na Eq. (29) para adquirir Eq. (34): (34) que pode ser rearranjado para adquirir Ux como segue: (35) [00172] Isto proporciona o completo vetor de Stokes de três elementos Sx definido em Eq. (23). [00173] Usando as equações expostas, parâmetros de Stokes podem ser calculados para cada cor (R, G, B) e para intensidade total. [00174] O método exposto foi aplicado usando as medições provenientes do exemplo de calibração. Estas medições não incluíram nenhuma imagem com φ = 45 °, então, o componente Ux pode não ser calculado, mas, os outros cálculos confirmaram que o processo supradescrito leva aos valores corretos de Ix e Qx, isto é, 1 e 1, os valores de referência usados para calibração. [00175] A figura 27 é um diagrama de blocos que identifica os principais componentes de um sistema para adquirir valores de polarização para um alvo com imagem tratada 22 de acordo com uma modalidade. O sistema compreende: uma aeronave 20; um sistema de navegação e controle a bordo 70 capaz de voar para uma posição tridimensional (por exemplo, longitude, latitude e altitude) e, posteriormente, retomar a aeronave para aproximadamente a mesma posição pelo menos duas vezes e, também, capaz de medir a orientação da aeronave na posição e definir a aeronave em uma orientação diferente selecionada quando ela retornar para a mesma posição; uma câmera a bordo 16 montada em um balanceiro da agulha 32; atuadores 74 acoplados no balanceiro da agulha 32 para mudar a orientação da câmera em relação à aeronave 20; um filtro de polarização linear a bordo 18 com uma orientação fixa conhecida em relação à câmera 16; um sistema de controle a bordo da câmera 72 capaz de controlar os atuadores 74 para orientar a câmera 16 para qualquer uma de uma pluralidade de orientações selecionadas, controlar a câmera 16 para capturar imagens quando a aeronave chegar na posição selecionada com uma das orientações selecionadas e, então, receber os dados de tratamento de imagem a partir da câmera 16; um transmissor a bordo 76 acoplado no sistema de controle da câmera 72 para transmitir os dados de tratamento de imagem para uma estação no solo; um receptor 78 na estação no solo para receber os dados de tratamento de imagem transmitidos; e um computador de processamento de dados de tratamento de imagem 80 (no solo) programado para registrar as imagens e computar valores de polarização para o alvo com imagem tratada 22. [00176] O sistema de controle da câmera 72 pode compreender um computador com hardware e software. O software de controle da câmera compreende: uma base de dados que contém informação de posição do alvo; um primeiro programa para controlar os atuadores 74 para mudar o estado do balanceiro da agulha 32 e, então, ativar a câmera 16 dependendo da informação de posição atual da aeronave (isto é, posição e orientação atuais da aeronave) recebida a partir do sistema de controle de navegação e voo 70 durante a missão de aquisição de dados e da informação de posição do alvo armazenada; e um segundo programa para receber dados de tratamento de imagem a partir da câmera 16 e os transmitir em um formato adequado para transferência pelo transmissor 76. [00177] O computador de processamento de dados de tratamento de imagem 80 também pode compreender hardware e software. O software de processamento de dados de tratamento de imagem compreende um primeiro programa para registrar as imagens capturadas e um segundo programa para computar valores de polarização para o alvo com imagem tratada 22. [00178] Altemativamente, a câmera 16 pode ser fixamente montada na aeronave 20, desse modo, eliminando a necessidade do balanceiro da agulha 32 e dos atuadores 74. De acordo com modalidades alternativas adicionais, o filtro de polarização 18 pode ser omitido e/ou o computador 80 pode ser localizado a bordo da aeronave 20 (em cujo caso o transmissor 76 também transmitirá dados processados para a estação no solo). [00179] Modalidades Adicionais. O sistema de aquisição de dados polarimétricos pode ser incorporado de muitas maneiras. Exemplos adicionais incluem pelo menos os seguintes. (1) Caracterizar a matriz de Mueller da câmera, não somente em função do ângulo, mas, também, em função da abertura. Uma abertura relativamente grande permite que luz passe através das seções da superfície da lente em diferentes ângulos de incidência. (2) Caracterizar um CCD da câmera separadamente das suas lentes, de forma que usuários possam combinam CCDs e lentes de várias maneiras sem caracterizar cada combinação. Dois elementos ópticos usados em série, tais como uma lente e um CCD, são matematicamente representados por sucessiva multiplicação de matriz usando suas matrizes de Mueller, por exemplo, S? = Mccd (Miens Si). Se ambas as matrizes de Mueller forem caracterizadas separadamente, então, o vetor de Stokes de entrada é calculado pela inversão de ambas as matrizes e multiplicação destas em ordem reversa: Si = Miens"1 (Mccd-1 S2). (3) Capturar imagens usando ângulos φ que não são múltiplos integrais de 45 0 e/ou ângulos φ que variam entre imagens. Estas modalidades se baseiam em álgebra mais entediante e mais complicada do que a abordagem descrita pelas Eqs. (28) até (35), mas a derivação e o método ficarão claros aos versados na técnica que aprenderam os preceitos expostos. (4) Aplicar a modalidade exposta (usando ângulos φ diferentes de 0 0 / 45 0 / 90 0 e valores de ângulo Θ não idênticos) para calcular o vetor de Stokes de entrada Sx para múltiplos pontos do tamanho do pixel em uma cena (possivelmente, cada ponto do tamanho do pixel na cena) usando tão poucas quanto três imagens que cobrem a cena. Isto produz uma imagem de polarimetria completa - grau e ângulo de polarização em cada ponto na cena -sem um filtro. (5) Anexar a câmera em um UAV, aeronave tripulada, helicóptero, espaçonave, navio de superfície ou UUV. (6) Usar uma câmera e lente que funcionam nas bandas ultravioleta, visual, infravermelha ou de terahertz. [00180] Adicionalmente, a descrição compreende modalidades de acordo com as seguintes cláusulas: Cláusula 1. Um método para determinar uma polarização de uma cena, que compreende: (a) colocar um filtro de polarização linear em um campo de visualização de uma câmera que compreende uma lente e um arranjo de sensores; (b) localizar sucessivamente a câmera e o filtro de polarização linear em proximidade a uma única posição, mas em três orientações diferentes para cada uma das quais uma cena está no campo de visualização da câmera; (c) capturar primeira até terceira imagens filtradas, ao mesmo tempo em que a câmera e o filtro de polarização linear ficam nas três orientações diferentes, respectivamente; (d) transferir primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, a primeira até a terceira imagens filtradas da câmera para um sistema de computador; e (e) computar uma polarização de pelo menos um ponto na cena dos primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem.

Cláusula 2. O método, de acordo com a cláusula 1, que compreende adicionalmente montar a câmera e o filtro de polarização linear em um veículo, em que a etapa (b) compreende manobrar o veículo.

Cláusula 3. O método, de acordo com a cláusula 2, em que o veículo é um veículo não tripulado.

Cláusula 4. O método, de acordo com a cláusula 1, em que respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da câmera em relação a uma referência para a primeira duas das três orientações diferentes diferem em um múltiplo integral ímpar de 45 ° e respectivos ângulos ao redor da linha de visão da câmera em relação a uma referência para a segunda duas das três orientações diferentes diferem em 90 °.

Cláusula 5. O método, de acordo com a cláusula 1, que compreende adicionalmente registrar primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros antes de realizar a etapa (e).

Cláusula 6. O método, de acordo com a cláusula 1, em que a etapa (e) compreende computar parâmetros de Stokes.

Cláusula 7. Um sistema para adquirir imagens de uma cena, que compreende: um veículo não tripulado; uma câmera a bordo do dito veículo não tripulado, a dita câmera compreendendo uma lente e um arranjo de sensores; um primeiro filtro de polarização linear disposto na frente de pelo menos uma primeira parte do dito arranjo de sensores; um sistema de controle do veículo não tripulado capaz de controlar o dito veículo não tripulado para realizar manobras, o dito sistema de controle do veículo não tripulado compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle do veículo não tripulado sendo configurado para controlar o dito veículo não tripulado para se posicionar em uma posição especificada, ou próximo dela, para cada uma da primeira, da segunda e da terceira ocorrências e nas primeira, segunda e terceira orientações que são diferentes umas das outras, mas que, cada qual, colocam a cena em um campo de visualização da dita câmera; e um sistema de controle da câmera disposto a bordo do dito veículo não tripulado e capaz de controlar a dita câmera para capturar imagens, o dito sistema de controle da câmera compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle da câmera sendo configurado para controlar a dita câmera para capturar primeira, segunda e terceira imagens de uma cena alvo durante as ditas primeira, segunda e terceira ocorrências, respectivamente, e, então, transmitir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, as ditas primeira, segunda e terceira imagens.

Cláusula 8. O sistema, de acordo com a cláusula 7, que compreende adicionalmente um sistema de processamento de dados de tratamento de imagem capaz de processar dados de tratamento de imagem, o dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem sendo configurado para registrar ditos primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros e computar valores de polarização para a cena com imagem tratada.

Cláusula 9. O sistema, de acordo com a cláusula 8, em que os ditos valores de polarização compreendem parâmetros de Stokes.

Cláusula 10. O sistema, de acordo com a cláusula 7, em que o dito veículo não tripulado compreende uma janela, compreendendo adicionalmente um balanceiro da agulha montado no dito veículo não tripulado, a dita câmera sendo acoplada no dito balanceiro da agulha e o dito filtro de polarização linear sendo anexado na dita janela.

Cláusula 11. O sistema, de acordo com a cláusula 7, que compreende adicionalmente um balanceiro da agulha montado no dito veículo não tripulado, em que a dita câmera é rotativamente acoplada no dito balanceiro da agulha para rotação ao redor de um eixo geométrico que é paralelo a um eixo geométrico óptico da câmera e o dito filtro de polarização linear é anexado na dita câmera.

Cláusula 12. O sistema, de acordo com a cláusula 8, em que respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da dita câmera em relação a uma referência para pelo menos duas das ditas primeira até terceira orientações diferem em um múltiplo integral de 45 °.

Cláusula 13. O sistema, de acordo com a cláusula 7, que compreende adicionalmente um segundo filtro de polarização linear disposto na frente de uma segunda parte do dito arranjo de sensores, em que um dos ditos primeiro e segundo filtros de polarização linear é horizontalmente polarizado e o outro dos ditos primeiro e segundo filtros de polarização linear é vertical mente polarizado.

Cláusula 14. Um método para determinar uma polarização de uma cena, que compreende: (a) caracterizar uma energia de polarização de uma câmera que compreende uma lente e um arranjo de sensores; (b) localizar sucessivamente a câmera em proximidade a uma única posição, mas em três orientações diferentes para cada uma das quais uma cena fica em um campo de visualização da câmera; (c) capturar primeira até terceira imagens enquanto a câmera fica nas três orientações diferentes, respectivamente; (d) transferir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam a primeira até a terceira imagens da câmera capturadas para um sistema de computador; e (e) computar uma polarização de pelo menos um ponto na cena do primeiro, do segundo e do terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem.

Cláusula 15.0 método, de acordo com a cláusula 14, em que a etapa (a) compreende determinar primeiro e segundo elementos da matriz de Mueller.

Cláusula 16. O método, de acordo com a cláusula 14, em que a etapa (a) compreende determinar pelo menos um de um primeiro elemento da matriz de Mueller e um segundo elemento da matriz de Mueller para pelo menos duas posições no arranjo de sensores, as ditas posições correspondentes a diferentes ângulos de incidência para luz que passa através do centro da lente.

Cláusula 17. O método, de acordo com a cláusula 14, em que pelo menos uma das três orientações diferentes é escolhida de forma que a cena caia em uma posição próxima de uma borda ou um canto do arranjo de sensores.

Cláusula 18. O método, de acordo com a cláusula 14, que compreende adicionalmente montar a câmera em um veículo, em que a etapa (b) compreende manobrar o veículo.

Cláusula 19. O método, de acordo com a cláusula 14, em que respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da câmera em relação a uma referência para pelo menos duas das três orientações diferentes diferem em um múltiplo integral de 45 °.

Cláusula 20. O método, de acordo com a cláusula 14, que compreende adicionalmente registrar primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros antes de realizar a etapa (e).

Cláusula 21. Um sistema para adquirir imagens de uma cena, que compreende: um veículo não tripulado; uma câmera a bordo do dito veículo não tripulado, a dita câmera compreendendo uma lente e um arranjo de sensores; um sistema de controle do veículo não tripulado capaz de controlar o dito veículo não tripulado para realizar manobras, o dito sistema de controle do veículo não tripulado compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle do veículo não tripulado sendo configurado para controlar o dito veículo não tripulado para se posicionar em uma posição especificada, ou próximo dela, para cada uma da primeira, da segunda e da terceira ocorrências e nas primeira, segunda e terceira orientações que são diferentes umas das outras, mas que, cada qual, colocam a cena em um campo de visualização da dita câmera; e um sistema de controle da câmera disposto a bordo do dito veículo não tripulado e capaz de controlar a dita câmera para capturar imagens, o dito sistema de controle da câmera compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle da câmera sendo configurado para controlar a dita câmera para capturar primeira, segunda e terceira imagens de uma cena alvo durante as ditas primeira, segunda e terceira ocorrências, respectivamente, e, então, transmitir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, as ditas primeira, segunda e terceira imagens.

Cláusula 22. O sistema, de acordo com a cláusula 21, que compreende adicionalmente um sistema de processamento de dados de tratamento de imagem capaz de processar dados de tratamento de imagem, o dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem sendo configurado para registrar os ditos primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros e computar valores de polarização para a cena com imagem tratada com base, em parte, nos dados armazenados que representam uma caracterização de uma energia de polarização da câmera.

Cláusula 23. Um método para medir polarização na luz proveniente de uma cena, que compreende: (a) capturar sucessivas imagens de uma cena usando uma câmera posicionada em proximidade a uma única posição e orientada em sucessivos diferentes ângulos de orientação, em que um conjunto de matrizes que caracterizam uma energia de polarização da câmera em diferentes ângulos de incidência e diferentes ângulos de orientação são conhecidas e não há filtro de polarização entre um arranjo de sensores da câmera e a cena; (b) registrar as imagens capturadas umas em relação às outras; e (c) computar valores de polarimetria para luz proveniente de pelo menos um ponto de interesse na cena com base nas imagens capturadas registradas e em uma pluralidade de matrizes conhecidas, em que as etapas (b) e (c) são realizadas usando um sistema de computador que compreende hardware e software.

Cláusula 24. O método, de acordo com a cláusula 23, em que a matriz é uma matriz de Mueller e os valores de polarimetria computados são parâmetros de Stokes.

Cláusula 25. O método, de acordo com a cláusula 23, em que os valores de polarimetria que são incluídos compreendem intensidade e ângulo de polarização.

Cláusula 26. O método, de acordo com a cláusula 23, em que a cena tem imagem tratada em três diferentes ângulos de orientação ao redor de um eixo geométrico óptico da câmera, os ditos diferentes ângulos de orientação ficando dispostos em intervalos angulares de 45 graus.

Cláusula 27. O método, de acordo com a cláusula 23, que compreende adicionalmente montar a câmera em um veículo e manobrar o veículo para alcançar as diferentes orientações da câmera.

Cláusula 28. Um método empírico para caracterizar uma energia de polarização de uma câmera com uma lente e um arranjo do plano focal dos sensores em um ângulo de incidência especificado da luz que colide e um ângulo de orientação especificado, o método compreendendo: (a) prover um alvo que emite luz não polarizada; (b) mirar a câmera no alvo sem um filtro de polarização interveniente e com uma parte do alvo projetada sobre pelo menos um sensor em um centro do arranjo do plano focal; (c) capturar uma imagem de referência enquanto a câmera estiver no estado descrito na etapa (b); (d) medir um valor de pixel de referência para um pixel na imagem de referência que corresponde a um sensor no centro do arranjo do plano focal; (e) mirar a câmera no alvo sem um filtro de polarização interveniente e com uma parte do alvo projetada sobre pelo menos um sensor próximo de uma borda ou um canto do arranjo do plano focal; (f) capturar uma primeira imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito na etapa (e); (g) medir um primeiro valor de pixel para um pixel na primeira imagem que corresponde a um sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal; (h) colocar um filtro de polarização linear entre a câmera e o alvo; (i) capturar uma segunda imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito nas etapas (e) e (h); (j) medir um segundo valor de pixel para um pixel na segunda imagem que corresponde ao sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal; (k) calcular um primeiro elemento de uma matriz com base no conjunto de valores de pixel de referência e no primeiro conjunto de valores de pixel; e (l) calcular um segundo elemento da matriz com base pelo menos no valor de pixel de referência e no segundo valor de pixel.

Cláusula 29. O método empírico, de acordo com a cláusula 28, em que a etapa (h) compreende adicionalmente orientar o filtro de polarização linear com seu eixo geométrico de polarização paralelo a um de um plano de superfície no centro da lente da câmera ou de um plano incidente no centro da lente da câmera.

Cláusula 30. O método empírico, de acordo com a cláusula 28, que compreende adicionalmente: (m) rotacionar o filtro de polarização linear em 90 °; (n) capturar uma terceira imagem enquanto a câmera estiver no estado descrito nas etapas (e) e (m); e (o) medir um terceiro valor de pixel para um pixel na terceira imagem que corresponde ao sensor próximo da borda ou do canto do arranjo do plano focal, em que, na etapa (1), o segundo elemento da matriz é calculado com base pelo menos no valor de pixel de referência e nos segundo e terceiro valores de pixel.

Cláusula 31.0 método empírico, de acordo com a cláusula 30, que compreende adicionalmente computar um coeficiente de intensidade com base no valor de pixel de referência e nos segundo e terceiro valores de pixel.

Cláusula 32. O método empírico, de acordo com a cláusula 31, em que, na etapa (1), o cálculo do segundo elemento da matriz é adicionalmente com base no coeficiente de intensidade. [00181] Embora várias modalidades tenham sido descritas até aqui em termos de aeronave, em outras modalidades, a plataforma pode compreender: (a) espaçonave que se reorienta entre passagens sobre um alvo; ou (b) barcos ou veículos submersos que tiram fotos submersas. Modalidades que usam um balanceiro da agulha não precisam mesmo ser em um veículo: câmeras montadas em balanceiro da agulha em um veículo no solo ou em instalações fixas podem usar movimento do balanceiro da agulha para orientar uma câmera e o filtro anexado em si. Isto pode mesmo ser aplicado em uma câmera de mão, como um telefone inteligente, com um filtro de polarização anexado na frente da lente. Já que muitos telefones inteligentes incluem acelerômetros ou outros dispositivos para perceber orientação, e eles têm processadores e ligações de comunicação, um telefone inteligente com um filtro de polarização deve ser tão capaz quanto um avião equipado com câmera para adquirir imagens polarizadas e as usar para produzir medições de polarimetria. [00182] Além do mais, embora as modalidades supradescritas refiram-se a um CCD, os preceitos aqui descritos também podem ser usados com outras tecnologias de plano focal eletrônico ou com uma câmera de filme e um digitalizador de escaneamento. [00183] Embora sistemas para aquisição de dados polarimétricos tenha sido descrito em relação a várias modalidades, será entendido por versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos destes sem fugir do escopo das reivindicações apresentadas a seguir. Além do mais, muitas modificações podem ser feitas para adaptar os preceitos aqui expostos a uma situação em particular sem fugir do escopo das reivindicações. [00184] Da forma usada nas reivindicações, o termo "sistema de computador" deve ser interpretado amplamente para abranger um sistema com pelo menos um computador ou processador, e que pode ter múltiplos computadores ou processadores que comunicam através de uma rede ou barramento. Da forma usada na sentença precedente, os termos tanto "computador" quanto "processador" referem-se a dispositivos com uma unidade de processamento (por exemplo, uma unidade de processamento central) e alguma forma de memória (isto é, mídia legível por computador) para armazenar um programa que é legível pela unidade de processamento. [00185] As reivindicações do método apresentadas a seguir não devem ser interpretadas exigindo que as etapas citadas sejam realizadas em ordem alfabética ou na ordem na qual elas são citadas. Nem devem ser interpretadas para excluir nenhuma parte de duas ou mais etapas que são realizadas concorrentemente ou alternadamente. [00186] Da forma usada nesta descrição, o termo "local" inclui tanto posição quanto orientação.

Claims

1. Método para determinar uma polarização de uma cena, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) colocar um filtro de polarização linear em um campo de visualização de uma câmera que compreende uma lente e um arranjo de sensores; (b) localizar sucessivamente a câmera e o filtro de polarização linear em proximidade a uma única posição, mas em três orientações diferentes para cada uma das quais uma cena está no campo de visualização da câmera; (c) capturar primeira até terceira imagens filtradas, ao mesmo tempo em que a câmera e o filtro de polarização linear ficam nas três orientações diferentes, respectivamente; (d) transferir primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, a primeira até a terceira imagens filtradas da câmera para um sistema de computador; e (e) computar uma polarização de pelo menos um ponto na cena dos primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente montar a câmera e o filtro de polarização linear em um veículo, em que a etapa (b) compreende manobrar o veículo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o veículo é um veículo não tripulado.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da câmera em relação a uma referência para a primeira duas das três orientações diferentes diferem em um múltiplo integral ímpar de 45 ° e respectivos ângulos ao redor da linha de visão da câmera em relação a uma referência para a segunda duas das três orientações diferentes diferem em 90 °.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente registrar os primeiro até terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros antes de realizar a etapa (e).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (e) compreende computar parâmetros de Stokes.

7. Sistema para adquirir imagens de uma cena, caracterizado pelo fato de que compreende: um veículo não tripulado; uma câmera a bordo do dito veículo não tripulado, a dita câmera compreendendo uma lente e um arranjo de sensores; um primeiro filtro de polarização linear disposto na frente de pelo menos uma primeira parte do dito arranjo de sensores; um sistema de controle do veículo não tripulado capaz de controlar o dito veículo não tripulado para realizar manobras, o dito sistema de controle do veículo não tripulado compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle do veículo não tripulado sendo configurado para controlar o dito veículo não tripulado para se posicionar em uma posição especificada, ou próximo dela, para cada uma da primeira, da segunda e da terceira ocorrências e nas primeira, segunda e terceira orientações que são diferentes umas das outras, mas que, cada qual, colocam a cena em um campo de visualização da dita câmera; e um sistema de controle da câmera disposto a bordo do dito veículo não tripulado e capaz de controlar a dita câmera para capturar imagens, o dito sistema de controle da câmera compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de controle da câmera sendo configurado para controlar a dita câmera para capturar primeira, segunda e terceira imagens de uma cena alvo durante as ditas primeira, segunda e terceira ocorrências, respectivamente, e, então, transmitir primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem que representam, respectivamente, as ditas primeira, segunda e terceira imagens.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de processamento de dados de tratamento de imagem capaz de processar dados de tratamento de imagem, o dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem compreendendo hardware e software, o dito software do dito sistema de processamento de dados de tratamento de imagem sendo configurado para registrar os ditos primeiro, segundo e terceiro conjuntos de dados de tratamento de imagem uns em relação aos outros e computar valores de polarização para a cena com imagem tratada.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os ditos valores de polarização compreendem parâmetros de Stokes.

10.Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito veículo não tripulado compreende uma janela, compreendendo adicionalmente um balanceiro da agulha montado no dito veículo não tripulado, a dita câmera sendo acoplada no dito balanceiro da agulha, e o dito filtro de polarização linear sendo anexado na dita janela.

11.Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um balanceiro da agulha montado no dito veículo não tripulado, em que a dita câmera é rotativamente acoplada no dito balanceiro da agulha para rotação ao redor de um eixo geométrico que é paralelo a um eixo geométrico óptico da câmera, e o dito filtro de polarização linear é anexado na dita câmera.

12.Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que respectivos ângulos ao redor de uma linha de visão da dita câmera em relação a uma referência para pelo menos duas das ditas primeira até terceira orientações diferem em um múltiplo integral de 45 °.

13.Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um segundo filtro de polarização linear disposto na frente de uma segunda parte do dito arranjo de sensores, em que um dos ditos primeiro e segundo filtros de polarização linear é horizontalmente polarizado e o outro dos ditos primeiro e segundo filtros de polarização linear é verticalmente polarizado.