CN108871576A - 一种基于计算光学的偏振成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于计算光学的偏振成像装置，属于空间成像领域，其构成如下：镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，显示单元一5，快速计算决策单元6，显示单元二7。该装置，针对全偏振成像系统设计，采用波片组与偏振控制器混合控制偏振态，有效提高了偏振方向的分辨率；采用了FPGA/DSP快速计算单元，加快了图像处理时间，实现了多状态显示技术，特别适合应用于偏振检测成像和低能见度下需要提高成像质量的应用场合。
Description
技术领域
本发明属于空间成像领域，涉及一种基于计算光学的偏振成像装置。
背景技术
偏振是指横波的振动矢量(垂直于波的传播方向)偏于某些方向的现象，是光的一个重要信息。偏振检测是一种不可忽视的基本测量手段，在目标识别、生物医学、地物遥感以及天文、机器视觉、军事等领域都有重要应用。由于人眼无法直接感知光的偏振信息，如何建立快速、高精度的偏振测量装置，是国内外的研究热点之一。(参考文献：赵永强，潘泉，程咏梅.成像偏振光谱遥感及应用[M].北京:国防工业出版社，2011)
利用偏振光成像及测量技术在战场侦察、对地遥感、机器视觉、图像处理、模式识别及环境工程等研究领域都有非常广泛的应用，如应力的测量已广泛运用到各项工程中，如在为了设计一个机械工件、桥梁、水坝，可以用透明塑料板模拟他们的形状，根据实际工作状况按比例加上应力，然后借光测弹性仪显示出应力的分布，以帮助人们设计更加科学的结构。而传统相机与图像检测无法感知偏振信息，在许多场合应用困难，且无法满足各种环境条件与应用需求。迄今为止还未见有专为船舶、飞机专用的偏振成像装置，也没有完全基于计算光学的偏振成像装置，因此，研制基于计算光学的偏振成像装置是加快我国科技现代化的进程，也是业界急需的一种装置。
发明内容
对于基于计算光学的偏振成像系统而言，设备小型化是重要的技术特点，而模块化则是设备标准化、通用化和提高可靠性、维修性的主要技术基础。可靠的起偏、检偏器，纯计算光学成像也都是主要的关键技术。为了能实现偏振成像，该装置还需要具有以下功能：(1)全偏振成像：针对全偏振成像系统设计，采用波片组与偏振控制器混合控制偏振态，有效提高了偏振方向的分辨率；(2)CCD微弱信号接收：为了适应在恶劣的环境下能可靠的接收还原信号，实现了微弱信号探测技术；(3)数字信号处理：采用了FPGA/DSP快速计算单元，加快了图像处理时间，实现了多状态显示技术，特别适合应用于偏振检测成像和低能见度下需要提高成像质量的应用场合。
本发明的基于计算光学的偏振成像装置，如图1所示，其构成如下：镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，显示单元一5，快速计算决策单元6，显示单元二7；1-4顺次摆放组成装置的采集单元，6分别连接2、3、4组成装置的计算及控制单元，5和7根据需求可以连接到4和6上。
所述的镜头组1：采用保偏的光学成像镜头，完成光信号的收集。
所述的偏振控制单元2：采用不同的机械式、电子式及组合方式偏振控制技术，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的线偏振态，完成信号的线偏振调制。
所述的波片组控制单元3：采用不同的四分之一波片、二分之一波片及组合，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的圆偏振态，完成信号的圆偏振调制。
所述的CCD相机4：采用CCD作为探测单元器件，实现将光信号转换成视频图像信号。
所述的显示单元一5：采用VGA/AV接口的显示器，显示CCD原始视频图像信号。
所述的快速计算决策单元6：采用FPGA/DSP快速计算单元，对CCD相机4输出的图像信息进行处理，利用计算光学法，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号。
所述的显示单元二7：采用VGA/AV接口的显示器，显示经过计算光学得到的视频图像信号。
该装置首先通过保偏的光学成像镜头组1完成远处的景物信息光信号的收集；光信号经过复杂与多样化的偏振控制单元2和波片组控制单元3，在快速计算决策单元6的作用下，完成光信号的线偏振调制和圆偏振调制信息；然后CCD相机4作为探测单元器件，将光信号转换成视频图像信号分成两路，一路可在显示单元一5中显示，另一路信号进入由FPGA/DSP构成的快速计算决策单元6进行计算光学法图像信息处理，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号送给偏振控制单元2和波片组控制单元3；最后，经过计算光学得到的高质量视频图像信号可在显示单元二7中显示。
动态工作过程：
(1)装置的组装与搭建：所述的镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，快速计算决策单元6，均事先通过光学调校、软件编程与电子学调试后，1-4顺次摆放组成装置的采集单元，6分别连接2、3、4组成装置的计算及控制单元；并将1-6安装在一个密闭不透光的箱子里。外部只留有电源接口和开关，以及能外接显示单元一5和显示单元二7的VGA/AV端口；至此整套装置组装搭建完毕。
(2)连线：根据使用需求，将显示单元一5和显示单元二7的输入线分别接至装置对应的VGA/AV端口上，至此整套装置连线已经完毕。
(3)系统工作过程：接通电源，并开启开关，系统各部分上电进入正常工作状态，系统工作过程为：装置前方远处的景物光信号通过保偏的光学成像镜头组1收集到装置中；经过复杂与多样化的偏振控制单元2和波片组控制单元3，在快速计算决策单元6的作用下，完成光信号的线偏振调制和圆偏振调制信息；然后CCD相机4作为探测单元器件，将光信号转换成视频图像信号，接到由FPGA/DSP构成的快速计算决策单元6进行计算光学法图像信息处理，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号送给偏振控制单元2和波片组控制单元3；最后，经过计算光学得到的高质量视频图像信号。使用者可根据需要，选择显示单元一5或显示单元二7进行查看。
本发明的一种基于计算光学的偏振成像装置，具备以下有益效果：(1)针对偏振成像技术设计，实现了目标的偏振态信息成像与显示；(2)采用多元波片组控制圆偏振信息，实现了目标的全偏振态检测；(3)采用细分形偏振控制器控制偏振态，有效提高了偏振方向的分辨率；(4)采用了FPGA/DSP单元进行快速计算光学，加快了图像处理速度；(5)实现了可见光、偏振态等多状态信息显示，特别适合应用于偏振检测成像和低能见度下需要提高成像质量的应用场合。
附图说明
图1为一种基于计算光学的偏振成像装置组成图。
具体实施方式
实施例1
本发明的基于计算光学的偏振成像装置，如图1所示，其构成如下：镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，显示单元一5，快速计算决策单元6，显示单元二7；1-4顺次摆放组成装置的采集单元，6分别连接2、3、4组成装置的计算及控制单元，5和7根据需求可以连接到4和6上。
所述的镜头组1：采用保偏的光学成像镜头，完成光信号的收集。
所述的偏振控制单元2：采用不同的机械式、电子式及组合方式偏振控制技术，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的线偏振态，完成信号的线偏振调制。
所述的波片组控制单元3：采用不同的四分之一波片、二分之一波片及组合，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的圆偏振态，完成信号的圆偏振调制。
所述的CCD相机4：采用CCD作为探测单元器件，实现将光信号转换成视频图像信号。
所述的显示单元一5：采用VGA/AV接口的显示器，显示CCD原始视频图像信号。
所述的快速计算决策单元6：采用FPGA/DSP快速计算单元，对CCD相机4输出的图像信息进行处理，利用计算光学法，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号。
所述的显示单元二7：采用VGA/AV接口的显示器，显示经过计算光学得到的视频图像信号。
该装置首先通过保偏的光学成像镜头组1完成远处的景物信息光信号的收集；光信号经过复杂与多样化的偏振控制单元2和波片组控制单元3，在快速计算决策单元6的作用下，完成光信号的线偏振调制和圆偏振调制信息；然后CCD相机4作为探测单元器件，将光信号转换成视频图像信号分成两路，一路可在显示单元一5中显示，另一路信号进入由FPGA/DSP构成的快速计算决策单元6进行计算光学法图像信息处理，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号送给偏振控制单元2和波片组控制单元3；最后，经过计算光学得到的高质量视频图像信号可在显示单元二7中显示。
动态工作过程：
(1)装置的组装与搭建：所述的镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，快速计算决策单元6，均事先通过光学调校、软件编程与电子学调试后，1-4顺次摆放组成装置的采集单元，6分别连接2、3、4组成装置的计算及控制单元；并将1-6安装在一个密闭不透光的箱子里。外部只留有电源接口和开关，以及能外接显示单元一5和显示单元二7的VGA/AV端口；至此整套装置组装搭建完毕。
(2)连线：根据使用需求，将显示单元一5和显示单元二7的输入线分别接至装置对应的VGA/AV端口上，至此整套装置连线已经完毕。
(3)系统工作过程：接通电源，并开启开关，系统各部分上电进入正常工作状态，系统工作过程为：装置前方远处的景物光信号通过保偏的光学成像镜头组1收集到装置中；经过复杂与多样化的偏振控制单元2和波片组控制单元3，在快速计算决策单元6的作用下，完成光信号的线偏振调制和圆偏振调制信息；然后CCD相机4作为探测单元器件，将光信号转换成视频图像信号，接到由FPGA/DSP构成的快速计算决策单元6进行计算光学法图像信息处理，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号送给偏振控制单元2和波片组控制单元3；最后，经过计算光学得到的高质量视频图像信号。使用者可根据需要，选择显示单元一5或显示单元二7进行查看。
实施例2
如实施例1所述的一种基于计算光学的偏振成像装置，所述的CCD相机4：采用搭载RGB原色处理芯片的彩色工业相机，130W像素，1/3寸相面的CCD。
实施例3
如实施例1所述的一种基于计算光学的偏振成像装置，所述的CCD相机4：采用500万像素，17帧/秒的黑白CCD相机模块。
Claims (4)
1.本发明的基于计算光学的偏振成像装置，其特征在于，其构成如下：镜头组1，偏振控制单元2，波片组控制单元3，CCD相机4，显示单元一5，快速计算决策单元6，显示单元二7；1-4顺次摆放组成装置的采集单元，6分别连接2、3、4组成装置的计算及控制单元，5和7根据需求可以连接到4和6上。
所述的镜头组1：采用保偏的光学成像镜头，完成光信号的收集。
所述的偏振控制单元2：采用不同的机械式、电子式及组合方式偏振控制技术，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的线偏振态，完成信号的线偏振调制。
所述的波片组控制单元3：采用不同的四分之一波片、二分之一波片及组合，在快速计算决策单元6的作用下，产生需要计算光学所需要的圆偏振态，完成信号的圆偏振调制。
所述的CCD相机4：采用CCD作为探测单元器件，实现将光信号转换成视频图像信号。优先采用高分辨率的黑白、彩色CCD相机模块。
所述的显示单元一5：采用VGA/AV接口的显示器，显示CCD原始视频图像信号。
所述的快速计算决策单元6：采用FPGA/DSP快速计算单元，对CCD相机4输出的图像信息进行处理，利用计算光学法，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号。
所述的显示单元二7：采用VGA/AV接口的显示器，显示经过计算光学得到的视频图像信号。
该装置首先通过保偏的光学成像镜头组1完成远处的景物信息光信号的收集；光信号经过复杂与多样化的偏振控制单元2和波片组控制单元3，在快速计算决策单元6的作用下，完成光信号的线偏振调制和圆偏振调制信息；然后CCD相机4作为探测单元器件，将光信号转换成视频图像信号分成两路，一路可在显示单元一5中显示，另一路信号进入由FPGA/DSP构成的快速计算决策单元6进行计算光学法图像信息处理，快速的解算出偏振控制单元2和波片组控制单元3的控制条件，并形成控制信号送给偏振控制单元2和波片组控制单元3；最后，经过计算光学得到的高质量视频图像信号可在显示单元二7中显示。
2.如权利要求1所述的一种基于计算光学的偏振成像装置，其特征在于，所述的CCD相机4：采用搭载RGB原色处理芯片的彩色工业相机，400W像素，1/3寸相面的CCD。
3.如权利要求1所述的一种基于计算光学的偏振成像装置，其特征在于，所述的CCD相机4：采用500万像素，17帧/秒的黑白CCD相机模块。
4.如权利要求1所述的一种基于计算光学的偏振成像装置，其特征在于，所述的显示单元二7：具有VGA/AV接口的显示器，能实现对高帧频高清晰视频信号的显示。
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| CN201710325084.XA CN108871576A (zh) | 2017-05-12 | 2017-05-12 | 一种基于计算光学的偏振成像装置 |
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