CN105511096A - 一种单输入四相机实时偏振成像系统 - Google Patents

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张然
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Abstract

本发明公开了一种单输入四相机实时偏振成像系统，偏振成像系统是具有镜头、非偏振分光棱镜、中继透镜、偏振片、1/4波片和相机等部件的一个完整系统。所有部件以壳体为基础进行装配，实现了单输入四相机实时偏振成像功能。本发明中的系统能够对目标物体图像进行连续捕捉，实现实时采集处理功能。同时，分光光路布局科学合理，结构紧凑，在保证分光功能的同时，实现了系统的小型化，便于携带以及和其它的系统进行集成。系统的拆装性能良好，便于对光学器件的维护和更换。由于采用模块化的布局，可以通过更换不同的镜头和相机对不同模式下的目标进行偏振图像采集和分析，具有良好的扩展性。本系统是研究目标物体偏振性能较好的实验平台。

Description

一种单输入四相机实时偏振成像系统
技术领域
本发明涉及偏振光机理和应用研究领域的图像传感器，特别涉及一种单输入四相机实时偏振成像系统。
背景技术
早期的遥感主要采取垂直收集对地观测数据二维信息，实践证明，地表的大部分物体处在朗伯体与非朗伯体之间。随着研究的深入，人们意识到目标三维信息的重要性。光具有偏振特性，从地物反射信息中获取偏振信息在表达暗目标(或低照度)和人工建筑目标方面有更丰富的内涵，偏振完全可以作为遥感的另一维更有价值的信息来源，从而获得地面目标三维空间结构参数，使定量遥感成为可能。
光是电磁波，而且是横波，因此光具有偏振特性。在光与地物相互作用的过程中，随着地物的表面结构、内部特征及观测角度的改变，光的偏振特性也会发生相应的变化。光的这种改变会使地物的某些信息得到增强，从而可以更有效地鉴别地物。在自然界当中，如水体表面，冰雪、沙漠、植被，经反射后的光具有一定程度的偏振性，太阳光经过大气层时，会发生散射偏振，故在实际的对地遥感过程中，大部分情况下进入到传感器中的光是部分偏振光。因此，从地物反射信息中获取的偏振信息，可以更真实的反映地物的自身性质。
目前国内外用于目标物体偏振特性研究的系统主要分为四类：单光路分时系统、单光路实时系统、多光路分时系统、多光路实时系统等，这些系统存在着不同的不足之处。对于单光路分时系统，法国于八十年代后期研制出了用于测量地球发射光谱偏振和方向性的POLDER仪，此系统采用机械分光，无法实现实时偏振成像功能。FrancoisGoudail,PatrickTerrier,YoshitateTakakura等人于2004年开发了一种基于液晶技术的被动Stokes偏光计用于目标探测，该探测器存在液晶稳定性不高、易受复杂环境的影响、对温度敏感等不足；对于单光路实时系统，XiaojinZhao和AmineBermak等人于2010年发明了一种用于可见光范围内全Stokes矢量偏振成像的偏振计液晶阵列，该偏振计存在液晶稳定性差、对温度敏感、图像在低分辨率下失真等不足；对于多光路分时系统，中科院安徽光机所研制了可调波段偏振CCD相机机载原理样机，该系统存在反应慢、无法实时成像、只能探测直线偏振光等缺陷；对于多光路实时系统，2002年SPIE年会上CraigA.Farlow,DavidB.Chenault,J.LarryPezzaniti,KevinD.Spradley,MikeG.Gulley等人公布了一种多光路实时偏振成像系统，该系统存在光路未封闭、易受环境光影响、应用环境有限等缺陷。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种单输入四相机实时偏振成像系统,具体方案是：一种单输入四相机实时偏振成像系统，其特征在于包括：固定在壳体上的镜头，所述镜头的下方设置有调整好分光方向后锲入壳体内的非偏振分光棱镜I，所述非偏振分光棱镜I的右侧设置有非偏振分光棱镜II，所述非偏振分光棱镜II的右侧设置有中继透镜I，所述中继透镜I的右侧设置有偏振片I，所述偏振片I的右侧设置有相机I，在所述非偏振分光棱镜II的下方设置有中继透镜II，在所述中继透镜II的下方设置有1/4波片，在所述波片的下方设置有偏振片II，在所述偏振片II的下方设置有相机II，在所述非偏振分光棱镜I的下方设置有非偏振分光棱镜III，所述非偏振分光棱镜III的下方设置有中继透镜III，在所述中继透镜III的下方设置有偏振片III，在所述偏振片III的下方设置有相机III，在所述非偏振分光棱镜III的左侧面设置有中继透镜，在所述中继透镜的左侧面设置有偏振片，在所述偏振片的左侧面设置有相机。
该系统包括一个镜头、三个非偏振分光棱镜、四个中继透镜、四个偏振片、一个1/4波片和四个相机。
本发明中的系统能够对目标物体图像进行连续捕捉，实现实时采集处理功能。同时，分光光路布局科学合理，结构紧凑，在保证分光功能的同时实现了系统的小型化，便于携带以及和其它的系统进行集成。系统的拆装性能良好，便于对光学器件的维护和更换。由于采用模块化的布局，可以通过更换不同的镜头和相机对不同模式下的目标进行偏振图像采集和分析，具有良好的扩展性。本系统是研究目标物体偏振性能较好的实验平台。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实验中拍摄的汽车偏振度图像的示意图；
图3为本发明实验中拍摄的汽车偏振角图像的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种单输入四相机实时偏振成像系统，偏振成像系统是具有镜头、非偏振分光棱镜、中继透镜、偏振片、1/4波片和相机等部件的一个完整系统。所有部件以壳体为基础进行装配，实现了单输入四相机实时偏振成像功能。具体的方案是：镜头1固定在壳体上，镜头1的下方设置有调整好分光方向后锲入壳体内的非偏振分光棱镜I17，非偏振分光棱镜II2调整好分光方向后锲入壳体内，位于非偏振分光棱镜I17的右方。非偏振分光棱镜II2的右侧设置有中继透镜I3，中继透镜I3的右侧设置有偏振片I4，所述偏振片I4的右侧设置有相机I5，在所述非偏振分光棱镜II2的下方设置有中继透镜II6，在所述中继透镜II6的下方设置有1/4波片7，在所述波片7的下方设置有偏振片II8，在所述偏振片II8的下方设置有相机II9，在所述非偏振分光棱镜I17的下方设置有非偏振分光棱镜III13，所述非偏振分光棱镜III13的下方设置有中继透镜III12，在所述中继透镜III12的下方设置有偏振片III11，在所述偏振片III11的下方设置有相机III10，在所述非偏振分光棱镜III13的左侧面设置有中继透镜16，在所述中继透镜16的左侧面设置有偏振片15，在所述偏振片15的左侧面设置有相机14。
综上描述可以知道该系统由1个镜头、3个非偏振分光棱镜、4个中继透镜、4个偏振片、1个1/4波片和4个相机组成。
如图2—图3所示，本发明的工作原理：目标物体发出或反射的光线通过镜头1进入系统；光线经过非偏振分光棱镜I17被分为水平和竖直两个方向，其中竖直方向的光线进入非偏振分光棱镜III13，水平方向的光线进入非偏振分光棱镜II2；进入非偏振分光棱镜III13的光线被分为水平和竖直两个方向，水平方向的光线经过中继透镜16、偏振片15进入相机14成像，竖直方向的光线经过中继透镜III12、偏振片III11进入相机III10成像；进入非偏振分光棱镜II2的光线被分为水平和竖直两个方向，水平方向的光线经过中继透镜I3、偏振片I4进入相机I5成像，竖直方向的光线经过中继透镜II6、波片7、偏振片II8进入相机II9成像。
该系统包括一个镜头、三个非偏振分光棱镜、四个中继透镜、四个偏振片、一个1/4波片和四个相机。
其中，四个偏振片的偏振方向分别为0°、45°、90°、135°，目标物体图像通过镜头1进入本系统后，经过分光、起偏等光学过程，在四台相机中分别以相对于基准方向成0°、45°、90°、135°的偏振方向成像。之后通过一系列的图像处理算法，将相机中的图像采集、处理，最终得到目标物体的原图像、偏振度图像、偏振角图像和圆偏振态图像。
本发明中的系统能够对目标物体图像进行连续捕捉，实现实时采集处理功能。同时，分光光路布局科学合理，结构紧凑，在保证分光功能的同时，实现了系统的小型化，便于携带以及和其它的系统进行集成。系统的拆装性能良好，便于对光学器件的维护和更换。由于采用模块化的布局，可以通过更换不同的镜头和相机对不同模式下的目标进行偏振图像采集和分析，具有良好的扩展性。本系统是研究目标物体偏振性能较好的实验平台。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种单输入四相机实时偏振成像系统，其特征在于包括：固定在壳体上的镜头(1)，所述镜头(1)的下方设置有调整好分光方向后锲入壳体内的非偏振分光棱镜I(17)，所述非偏振分光棱镜I(17)的右侧设置有非偏振分光棱镜II(2)，所述非偏振分光棱镜II(2)的右侧设置有中继透镜I(3)，所述中继透镜I(3)的右侧设置有偏振片I(4)，所述偏振片I(4)的右侧设置有相机I(5)，在所述非偏振分光棱镜II(2)的下方设置有中继透镜II(6)，在所述中继透镜II(6)的下方设置有1/4波片(7)，在所述波片(7)的下方设置有偏振片II(8)，在所述偏振片II(8)的下方设置有相机II(9)，在所述非偏振分光棱镜I(17)的下方设置有非偏振分光棱镜III(13)，所述非偏振分光棱镜III(13)的下方设置有中继透镜III(12)，在所述中继透镜III(12)的下方设置有偏振片III(11)，在所述偏振片III(11)的下方设置有相机III(10)，在所述非偏振分光棱镜III(13)的左侧面设置有中继透镜(16)，在所述中继透镜(16)的左侧面设置有偏振片(15)，在所述偏振片(15)的左侧面设置有相机(14)。
2.根据权利要求1所述的一种单输入四相机实时偏振成像系统，其特征还在于：该系统包括一个镜头、三个非偏振分光棱镜、四个中继透镜、四个偏振片、一个1/4波片和四个相机。
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