CN106483075B - 一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 - Google Patents
一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106483075B CN106483075B CN201510532933.XA CN201510532933A CN106483075B CN 106483075 B CN106483075 B CN 106483075B CN 201510532933 A CN201510532933 A CN 201510532933A CN 106483075 B CN106483075 B CN 106483075B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- light
- angle
- incident
- coefficient ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提出一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法,通过改变入射方向与探测方向的天顶角获得多组理论和实际的偏振菲涅耳系数比,并且从中恢复得到目标物体的相关光学常数,然后通过物体的光学常数对不同材料进行区分以实现目标辨别。本发明方便有效的实现目标的辨别,同时提高了偏振在目标辨别工程应用中的鲁棒性和普适性。
Description
技术领域
本发明属于目标成像技术领域,涉及一种主动偏振成像目标辨别方法,尤其涉及一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法。
背景技术
对于成像目标识别系统而言,偏振信息作为目标新的一维信息,是目标表面的一种基本的光学特性,目标的偏振特性与目标的材料、目标表面形态、目标表面粗糙度等都有关系。由于偏振特性其本身的机理较为复杂,以及对探测识别的器件和系统都有较高的要求,尤其是在粗糙的目标表面,物体的偏振特性的建模就是一个难题,目前对物体表面散射光分布研究较为流行的是偏振双向分布反射函数。
双向反射是指地物的反射率随入射方向和反射方向而变化的特性,微面元双向反射模型是假设物体的粗糙表面是一系列微面元的集合,每一个微面元都是镜面,探测到的辐射亮度是由一系列微面元的分布的宏观反映。为了表征物体表面光散射的空间分布,如图1所示,在物体表面建立笛卡尔三维坐标系,定义物体表面法线方向定义为Z方向,与Z轴垂直的物体表面为X轴和Y轴,θi为入射方向的天顶角,θr为探测方向的天顶角,φi为入射方向的方位角,φr为探测方向的方位角,θ表示微面元法线与物体表面法线之间的夹角,β表示入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角。
目前无论是物体表面的偏振特性的理论研究或者目标识别方面的工程应用,被动偏振成像仍然占主导地位。但是,被动偏振成像由于受到外界环境杂散光的不稳定性以及其他诸多干扰,因而在实际应用中受到一定的限制。而主动偏振成像的优点在于发射的光的偏振态以及其他光学调制信息已知,所以在接收到的偏振图像后能够更准确的反推出目标的表面特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种既能方便有效的实现目标的辨别,同时又能提高偏振在目标辨别工程应用中的鲁棒性和普适性的目标辨别方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法,包括下述步骤:
步骤一,使光源产生的入射光经物体表面反射,再透过偏振片到达探测器,探测器探测反射光强,且使入射方向与探测方向的方位角夹角为180°,根据已知的入射方向与探测方向的天顶角计算获得入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角β,其中θi为入射方向的天顶角,θr为探测方向的天顶角;
步骤二,计算实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比:
2.1计算实际偏振菲涅尔系数比的方法为:改变光源的偏振态,使入射光分别以垂直于物体反射面的线偏振光s光和平行于物体反射面的线偏振光p光入射到物体表面,同时旋转偏振片,用探测器在偏振角ω分别位于0°和90°时,分别探测获得一组s光和p光所对应的反射光强则物体表面的实际偏振菲涅尔系数比q为:
2.2物体表面的理论偏振菲涅尔系数比Q为:
其中,β是步骤一获得的入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角,Fs和Fp分别表示s光和p光入射于物体反射面时的反射率,A和B是自定义参数,n表示折射率,k为衰减系数,且有
步骤三,改变入射方向或探测方向的天顶角,重复步骤一和步骤二,直至得到在m个不同天顶角角度下的m组实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比。
步骤四,根据目标函数G(n,k),采用非线性最小二乘拟合方法,反演获得物体的最优光学常数n和k,然后通过物体的光学常数对不同材料进行区分以实现目标辨别,所述目标函数G(n,k)为,
其中,m表示m个不同的天顶角角度,Qi表示第i次测量对应角度下的理论偏振菲涅尔系数比,qi表示第i次测量对应角度下的实际偏振菲涅尔系数比。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于,本发明所提出的方法实施简单,通过改变入射方向与探测方向的天顶角获得多组理论和实际的偏振菲涅耳系数比,并且从中恢复得到目标物体的相关光学常数,再通过物体的光学常数即可对不同材料进行区分,本发明方便有效的实现目标的辨别,同时提高了偏振在目标辨别工程应用中的鲁棒性和普适性。
附图说明
图1是微面元双向反射函数坐标系统示意图。
图2是本发明基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法的流程图。
具体实施方式
容易理解,依据本发明的技术方案,在不变更本发明的实质精神的情况下,本领域的一般技术人员可以想象出本发明基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法的多种实施方式。因此,以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
如图2所示,本发明包括下述步骤:
步骤一,构造光路,使光源产生的入射光经物体表面反射,再透过偏振片到达探测器,探测器探测反射光强,且使入射方向与探测方向的方位角夹角φ=|φi-φr|=180°,根据已知的入射方向与探测方向的天顶角得到入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角其中,φi为入射方向的方位角,φr为探测方向的方位角,θi为入射方向的天顶角,θr为探测方向的天顶角。
步骤二,计算实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比。
2.1改变光源的偏振态,使入射光分别以垂直于物体反射面的线偏振光s光和平行于物体反射面的线偏振光p光间隔入射到物体表面,同时旋转探测器前的偏振片,使偏振片的偏振角ω分别位于0°和90°,用探测器在偏振角ω分别位于0°和90°时,分别探测获得一组s光和p光所对应的反射光强其中,下标表示入射光的偏振方向,上标表示偏振片的偏振角。则物体表面的实际偏振菲涅尔系数比PFR1如下式的q所示:
2.2物体表面的理论偏振菲涅尔系数比PFR2如下式的Q所示:
其中,β是步骤一中所得的参数,Fs和Fp分别表示s光和p光入射到物体反射面时的反射率,A和B是自定义参数,n表示折射率,k为衰减系数。
步骤三,改变入射方向或探测方向的天顶角,重复步骤一和步骤二,直至得到在m个不同天顶角角度下的m组实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比。
步骤四,构造目标函数G(n,k):
式中:m表示m个不同的天顶角角度,Qi表示第i次测量对应角度下的理论偏振菲涅尔系数比,qi表示第i次测量对应角度下的实际偏振菲涅尔系数比。
结合构造函数G(n,k),采用非线性最小二乘拟合算法,反演出物体的最优光学常数n和k:
[n,k]=argminG(n,k)
最后通过物体的光学常数对不同材料进行区分以实现辨别目标的目的。
Claims (1)
1.一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤一,使光源产生的入射光经物体表面反射,再透过偏振片到达探测器,探测器探测反射光强,且使入射方向与探测方向的方位角夹角为180°,根据已知的入射方向与探测方向的天顶角计算获得入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角β;
步骤二,计算实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比:
计算实际偏振菲涅尔系数比的方法为:改变光源的偏振态,使入射光分别以垂直于物体反射面的线偏振光s光和平行于物体反射面的线偏振光p光入射到物体表面,同时旋转偏振片,用探测器在偏振角ω分别位于0°和90°时,探测获得一组s光和p光所对应的反射光强然后根据下式计算获得物体表面的实际偏振菲涅尔系数比q:
物体表面的理论偏振菲涅尔系数比Q的方法如下式所示:
其中,β是步骤一获得的入射方向或探测方向与微面元法线之间的夹角,Fs和Fp分别表示s光和p光入射于物体反射面时的反射率,A和B是自定义参数,n表示折射率,k为衰减系数,且有
步骤三,改变入射方向或探测方向的天顶角,重复步骤一和步骤二,直至获得在m个不同天顶角角度下的m组实际偏振菲涅尔系数比和理论偏振菲涅尔系数比;
步骤四,根据目标函数G(n,k),采用非线性最小二乘拟合方法,反演获得物体的最优光学常数n和k,然后通过物体的光学常数对不同材料进行区分以实现目标辨别,所述目标函数G(n,k)为,
其中,m表示m个不同的天顶角角度,Qi表示第i次测量对应角度下的理论偏振菲涅尔系数比,qi表示第i次测量对应角度下的实际偏振菲涅尔系数比;
其中,θi为入射方向的天顶角,θr为探测方向的天顶角。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510532933.XA CN106483075B (zh) | 2015-08-26 | 2015-08-26 | 一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510532933.XA CN106483075B (zh) | 2015-08-26 | 2015-08-26 | 一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106483075A CN106483075A (zh) | 2017-03-08 |
CN106483075B true CN106483075B (zh) | 2019-04-16 |
Family
ID=58234077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510532933.XA Expired - Fee Related CN106483075B (zh) | 2015-08-26 | 2015-08-26 | 一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106483075B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107782698B (zh) * | 2017-11-16 | 2024-04-12 | 鞍山师范学院 | 基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置 |
CN109147029B (zh) * | 2018-06-25 | 2022-11-08 | 西安电子科技大学 | 一种单目偏振三维重建方法 |
CN116070473B (zh) * | 2023-04-06 | 2023-06-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于微面理论的偏振brdf建模方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1524633A (en) * | 1975-08-14 | 1978-09-13 | Raytheon Co | Frequency spectrum analyzer and radar system embloying the same |
US5028138A (en) * | 1989-05-23 | 1991-07-02 | Wolff Lawrence B | Method of and apparatus for obtaining object data by machine vision form polarization information |
CN101238350A (zh) * | 2005-06-10 | 2008-08-06 | 阿克索梅特里克斯公司 | 根据完全米勒矩阵测量值确定液晶单元参数的方法和装置 |
CN101609001A (zh) * | 2009-07-01 | 2009-12-23 | 苏州大学 | 基于相位物体单脉冲反射测量材料非线性的方法 |
CN101856219A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-10-13 | 天津大学 | 基于频域近红外光测量的光学参数重构方法 |
-
2015
- 2015-08-26 CN CN201510532933.XA patent/CN106483075B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1524633A (en) * | 1975-08-14 | 1978-09-13 | Raytheon Co | Frequency spectrum analyzer and radar system embloying the same |
US5028138A (en) * | 1989-05-23 | 1991-07-02 | Wolff Lawrence B | Method of and apparatus for obtaining object data by machine vision form polarization information |
CN101238350A (zh) * | 2005-06-10 | 2008-08-06 | 阿克索梅特里克斯公司 | 根据完全米勒矩阵测量值确定液晶单元参数的方法和装置 |
CN101609001A (zh) * | 2009-07-01 | 2009-12-23 | 苏州大学 | 基于相位物体单脉冲反射测量材料非线性的方法 |
CN101856219A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-10-13 | 天津大学 | 基于频域近红外光测量的光学参数重构方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
利用分光计测反射光的偏振特性;刘俊杰 等;《物理与工程》;20120215 |
红外偏振成像系统的成像条件分析;周彦卿 等;《激光与红外》;20141020 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106483075A (zh) | 2017-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102183214B (zh) | 一种大口径非球面镜结构光检测方法 | |
CN106959078B (zh) | 一种用于三维轮廓测量的轮廓测量方法 | |
CN106197322B (zh) | 一种面结构光三维测量系统及其测量方法 | |
CN101666640B (zh) | 一种二维姿态角的测量方法和系统 | |
CN106483075B (zh) | 一种基于偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像目标辨别方法 | |
CN102362146B (zh) | 反射度分布曲线的建模方法及应用该方法的厚度检测方法以及厚度检测反射仪 | |
WO2018210072A1 (zh) | 一种基于多目图像识别的定日镜面形检测系统及方法 | |
JP6162681B2 (ja) | 光媒体を通じた3次元的な光検知 | |
CN105928465A (zh) | 应变传感器以及变形量测定方法 | |
CN103630108A (zh) | 一种三维小角度测量装置及其用于动态测量三维角度变化量的方法 | |
CN102878935B (zh) | 基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置及测量方法 | |
CN102261910A (zh) | 能够抵抗太阳光干扰的视觉检测系统及方法 | |
CN106404715B (zh) | 测量折射率的方法 | |
CN108303040B (zh) | 基于平面复眼和同轴结构光的三维测量系统及使用方法 | |
CN102175184A (zh) | 偏振光栅自参考自准直二维测角装置 | |
CN204904359U (zh) | 一种基于双摄像头的三维景深识别装置 | |
CN103185545B (zh) | 空间矢量物三维旋转坐标测量方法 | |
CN105928484B (zh) | 基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统 | |
CN104198053B (zh) | 一种基于亚波长光栅阵列波前传感器的波前探测方法 | |
CN205808428U (zh) | 惯性测量组合动态导航性能的光学标定系统 | |
CN105953820B (zh) | 一种惯性测量组合动态导航性能的光学标定装置 | |
CN104316000B (zh) | 一种偏振隔离双轴数字式光电自准直仪 | |
CN203759246U (zh) | 点源全息图测距装置 | |
CN106197325A (zh) | 积分视场光纤光谱仪光纤排布检测系统及其检测方法 | |
Hou et al. | A simple double-source model for interference of capillaries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190416 Termination date: 20200826 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |