CN107014490A - 一种分焦面型实时偏振成像系统 - Google Patents

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吴晨奇
褚金奎
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种分焦面型实时偏振成像系统，其特征在于，包括沿直线依次排列的镜头、偏振阵列、中继透镜和相机；所述偏振阵列位于所述中继透镜的前焦点所在焦平面内。本发明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；布局科学合理，结构紧凑；结构简单，小型化的特征，便于携带，同时便于与其它系统的集成；装配简单，便于平时的维护与更换；采用模块化的布局，可以通过更换镜头、偏振阵列和相机对不同模式下的目标进行偏振图像的采集和分析，具有良好的扩展性，是研究目标物体偏振性能较好的实验平台。

Description

一种分焦面型实时偏振成像系统
技术领域
本发明属于偏振光机理和应用研究领域的图像传感器，特别涉及一种分焦面型实时偏振成像系统的实现方法。
背景技术
目前的成像探测系统主要通过记录光强，波长等信息，对光的偏振信息却无法获取。随着研究的深入，人们逐渐认识到偏振信息在增强图像的对比度，以及边缘信息方面发挥着重要的作用。光具有偏振特性，从物体反射信息中获取偏振信息在增强对比度等方面有着更丰富的内涵，同时光照到不同物体上反射的偏振光信息不同，偏振完全可以作为成像探测的另一维更具价值的信息来源，从而使识别不同物体成为可能。
光是电磁波，而且是横波，因此光具有偏振特性。在光与物体相互作用的过程中，随着物体的表面结构、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。光的这种改变会使物体的某些信息得到增强，从而可以更有效地鉴别物体。由于人造物体与自然物体本身属性的差异，以及不同物体之间自身属性的差异，经反射后的光具有不同程度的偏振性。同时太阳光经过大气时发生散射，实际上大部分情况下进入到传感器中的光是部分偏振光。因此，从物体反射信息中获取的偏振信息，可以更真实的反映物体的自身性质。
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：分时型系统、分振幅型实时系统、分孔径型实时系统、分焦面型实时系统等，这些系统存在着不同的不足之处。对于分时型系统，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；Craig A.Farlow,DavidB.Chenault等人于2002年开发了一种可见与近红外波段分振幅型被动Stokes偏振成像系统，该系统非常复杂，而且对光学器件等的装配要求非常高；对于分孔径型实时系统，J.Larry Pezzaniti,David B.Chenault等人开发了一种中波段红外全Stokes矢量偏振成像系统，该系统会导致空间分辨率下降，而且系统的体积和重量较大；对于分焦面型实时偏振系统，4D Technology公司开发了一种针对可见光波段分焦面偏振成像系统，该系统加工制造的难度较大，而且将偏振阵列与CCD像元精确对齐非常困难，而且会造成分辨率下降。
针对以上系统存在的不足，特设计发明了本系统。本系统属于分焦面型实时偏振系统类型。
发明内容
本发明主要解决的技术难题是克服现有技术的不足——制造集成有焦平面阵列的CCD像元困难，且无法对目标物体的原图像、线偏振度图像、偏振角图像实现多模态实时成像，采用了一套全新的偏振成像系统来实现实时偏振成像功能。目标物体的原始图像经过镜头成像于分焦面偏振阵列，进而形成原始图像的分焦面多方向偏振图像，然后中继透镜将分焦面多方向偏振图像进行焦平面外延，将偏振图像传递给相机焦平面，最终在相机中成像。通过对相机中的偏振图像进行实时处理，可解算原始图像线偏振度和偏振角等信息。
本发明采用的技术手段如下：
一种分焦面型实时偏振成像系统，其特征在于，包括沿直线依次排列的镜头、偏振阵列、中继透镜和相机；
所述偏振阵列位于所述中继透镜的前焦点所在焦平面内；
工作状态时，入射光通过所述镜头、所述偏振阵列，所述中继透镜将像成在所述相机上。通过此系统能够实现一次输入实时测量线偏振光。
所述偏振阵列包括多个呈矩阵排列的偏振单元，所述偏振单元由0°，45°，90°，135°四个方向的像元组成。
所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元以所述偏振单元左上角为起点顺时针排列，所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元均为正方形像元。
本发明具有以下优点：
1、本发明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；
2、本发明布局科学合理，结构紧凑；
3、本发明结构简单，小型化的特征，便于携带，同时便于与其它系统的集成；
4、本发明装配简单，便于平时的维护与更换；
5、本发明采用模块化的布局，可以通过更换镜头、偏振阵列和相机对不同模式下的目标进行偏振图像的采集和分析，具有良好的扩展性；
6、本发明是研究目标物体偏振性能较好的实验平台。
基于上述理由本发明可在偏振光机理和应用研究等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的具体实施方式中一种分焦面型实时偏振成像系统的光路原理图。
图2是本发明的具体实施方式中偏振阵列的分布模式图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种分焦面型实时偏振成像系统，包括沿直线依次排列的镜头1、偏振阵列2、中继透镜3和相机4；
所述偏振阵列2位于所述中继透镜3的前焦点所在焦平面内；
所述偏振阵列2包括多个呈矩阵排列的偏振单元，所述偏振单元由0°，45°，90°，135°四个方向的像元5组成。
所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元5以所述偏振单元左上角为起点顺时针排列，所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元5均为正方形像元。
工作状态时，入射光通过所述镜头1、所述偏振阵列2，所述中继透镜3将像成在所述相机4上。
工作原理如下：
目标物体6的原始图像通过镜头1成像于分焦面偏振阵列2，进而获取原始图像的分焦面多方向偏振图像7，分别记录图像的0°，45°，90°，135°方向的光线信息，然后中继透镜3将分焦面多方向偏振图像7进行焦平面外延，将偏振图像7传递给相机4焦平面，最终在相机4中成像8，之后通过一系列的图像处理算法，将相机4中的像8采集、处理、最终得到目标物体6的原图像、线偏振度图像和偏振角图像等信息。
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 (3)

1.一种分焦面型实时偏振成像系统，其特征在于，包括沿直线依次排列的镜头、偏振阵列、中继透镜和相机；
所述偏振阵列位于所述中继透镜的前焦点所在焦平面内；
工作状态时，入射光通过所述镜头、所述偏振阵列，所述中继透镜将像成在所述相机上。
2.根据权利要求1所述的一种分焦面型实时偏振成像系统，其特征在于：所述偏振阵列包括多个呈矩阵排列的偏振单元，所述偏振单元由0°，45°，90°，135°四个方向的像元组成。
3.根据权利要求2所述的一种分焦面型实时偏振成像系统，其特征在于：所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元以所述偏振单元左上角为起点顺时针排列，所述0°，45°，90°，135°四个方向的像元均为正方形像元。
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