CN109031447A - 双波段目标全偏振信息自动获取系统 - Google Patents

Abstract

双波段目标全偏振信息自动获取系统，属于偏振探测领域，包括望远系统、分光系统、可见光全偏振探测系统、近红外全偏振探测系统和计算机处理系统，可见光全偏振探测系统设置在分光系统的透射方向上，近红外全偏振探测系统设置在分光系统的反射方向上。针对传统成像方法在复杂环境中探测低识别率的问题，本发明结合圆偏光的记忆效应及红外辐射范围广的优点，将可见光与近红外全偏振信息相融合，增加目标在复杂介质环境中探测的几率。同时采用液晶相位延迟器的方法改善传统旋转偏振片方法手动调节不利于外场实验且精度不高的缺陷，满足外场实验对目标探测自动化的需求，为复杂环境下目标的获取提供了新的探测装置。

Description

双波段目标全偏振信息自动获取系统

技术领域

本发明涉及一种双波段目标全偏振信息自动获取系统，属于偏振探测领域。

背景技术

在目标的识别与探测中，人眼和可见光相机可以识别强度和色彩，却无法分辨从物体散射出的光的不同偏振差异。偏振探测技术在传统探测的基础上引入目标的偏振信息，则进一步揭示了光的横波性质，为目标的探测识别提供了一种新的方法。

由于在自然环境中，自然目标的圆偏振很弱，因而在目标探测中一般仅采用线偏振探测。但在一些复杂环境中，由于圆偏光的记忆效应，圆偏振在较高的光学厚度条件下具有比线偏振更好的保偏特性，适于在浓度更高、距离更远的介质环境中进行探测，因而更适用于在雾霾烟尘等非理想条件下对目标进行观测。但是目前对全偏振信息的研究几乎都受到波段的限制，多停留在可见光波段，要将全偏振探测应用于实际目标探测识别，甚至是更复杂的烟雾介质传输环境，需对其探测距离提出更高的要求。红外由于具有探测能力强，作用距离远的优点，更有利于在大气、烟云、雨雪等恶劣环境下清晰的观察所需检测的目标，具有在自然界中最为广泛的辐射范围。针对以上优点，有必要研究一种将可见光近红外双波段相结合对目标全偏振信息进行探测的系统，同时在外场实验中针对目标自动化探测的需求，信息的自动获取也是急待解决的问题。

因此，针对这种复杂介质环境下目标的全偏振探测，亟需一种双波段目标全偏振信息自动获取系统。

发明内容

针对烟尘、雾霾等复杂介质环境，为了研究该环境下目标全偏振信息的探测问题，本发明提出了一种双波段目标全偏振信息自动获取系统。

双波段目标全偏振信息自动获取系统，其特征在于：包括望远系统、分光系统、可见光全偏振探测系统、近红外全偏振探测系统及计算机处理系统，所述分光系统设置在望远系统的出射光路上；所述可见光全偏振探测系统设置在分光系统的透射方向上，近红外全偏振探测系统设置在分光系统的反射方向上；

所述可见光全偏振探测系统包括可见光滤光片、第一液晶相位延迟器、第二液晶相位延迟器、可见光线偏振片、可见光探测器、第一液晶控制器及第二液晶控制器，可见光滤光片、第一液晶相位延迟器、第二液晶相位延迟器、可见光线偏振片及可见光探测器沿光线的传播方向顺次布置，第一液晶相位延迟器与第一液晶控制器连接，第一液晶相位延迟器的快轴与水平方向的角度呈45度布置，第二液晶相位延迟器与第二液晶控制器连接，第二液晶相位延迟器的快轴与水平方向的角度呈0度布置，可见光线偏振片的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过；

所述近红外全偏振探测系统包括近红外滤光片、第三液晶相位延迟器、第四液晶相位延迟器、近红外线偏振片、近红外探测器、第三液晶控制器及第四液晶控制器，近红外滤光片、第三液晶相位延迟器、第四液晶相位延迟器、近红外线偏振片及近红外探测器沿光线的传播方向顺次布置，第三液晶相位延迟器与第三液晶控制器连接，第三液晶相位延迟器的快轴与水平方向的角度呈45度布置；第四液晶相位延迟器的快轴与水平方向的角度呈0度布置，近红外线偏振片的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过；

所述计算机处理系统通过数据线分别与可见光探测器、近红外探测器相连接，计算机处理系统用于存储可见光探测器所探测到的目标可见光图像信息及近红外探测器所探测到的近红外图像信息，通过图像信息对偏振信息进行解算，得到全偏振信息，并对可见光与近红外的全偏振信息进行融合。

所述分光系统为短波通二向色镜，透射波段为400nm～730nm，反射波段为770nm～1100nm。

所述第一液晶相位延迟器及第二液晶相位延迟器均为半波液晶可变延迟器，波段范围为350nm～700nm。

所述第三液晶相位延迟器和第四液晶相位延迟器均为半波液晶可变延迟器，波段范围为650nm～1050nm。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、针对烟尘、雾霾等复杂环境下的目标探测问题，本发明提供了一种双波段目标全偏振信息自动获取系统，该系统可弥补传统成像方法在复杂环境下探测低识别率的缺陷，根据圆偏光的记忆效应，适于在浓度更高、距离更远的介质环境中进行探测，同时由于红外波长的增加，粒子散射横截面将会随之减小，则红外偏振具有更广泛的辐射范围，将可见光与近红外全偏振信息相融合，可增加目标在复杂介质环境中探测的几率。

2、针对外场实验对目标探测自动化的需求，采用液晶相位延迟器的方法，只需对液晶相位延迟器经过4次电控延迟量的调节，便可实现全偏振探测，使操作实现全自动化，便于野外工作，且具有较高的探测精度。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明双波段目标全偏振信息自动获取系统的结构示意图。

图中各标记如下：1-望远系统、2-分光系统、3-可见光全偏振探测系统、31-可见光滤光片、32-第一液晶相位延迟器、33-第二液晶相位延迟器、34-可见光线偏振片、35-可见光探测器、36-第一液晶控制器、37-第二液晶控制器、4-近红外全偏振探测系统、41-近红外滤光片、42-第三液晶相位延迟器、43-第四液晶相位延迟器、44-近红外线偏振片、45-近红外探测器、46-第三液晶控制器、47-第四液晶控制器、5-计算机处理系统。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明保护主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明提出的双波段目标全偏振信息自动获取系统，如图1所示，包括望远系统1、分光系统2、可见光全偏振探测系统3、近红外全偏振探测系统4及计算机处理系统5，分光系统2设置在望远系统1的出射光路上；可见光全偏振探测系统3设置在分光系统2透射方向上，近红外全偏振探测系统4设置在分光系统2的反射方向上。

所述分光系统2为短波通二向色镜，透射波段为400nm～730nm，反射波段为770nm～1100nm。

所述可见光全偏振探测系统3包括可见光滤光片31、第一液晶相位延迟器32、第二液晶相位延迟器33、可见光线偏振片34、可见光探测器35、第一液晶控制器36及第二液晶控制器37，可见光滤光片31、第一液晶相位延迟器32、第二液晶相位延迟器33、可见光线偏振片34及可见光探测器35沿光线的传播方向顺次布置，其中第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33同为半波液晶可变延迟器，波段范围为350nm～700nm，分别由第一液晶控制器36及第二液晶控制器37控制第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33的相位延迟量，第一液晶相位延迟器32的快轴与水平方向的角度呈45度，第二液晶相位延迟器33的快轴与水平方向的角度呈0度；可见光线偏振片34的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过。

所述近红外全偏振探测系统4包括近红外滤光片41、第三液晶相位延迟器42、第四液晶相位延迟器43、近红外线偏振片44、近红外探测器45、第三液晶控制器46及第四液晶控制器47，近红外滤光片41、第三液晶相位延迟器42、第四液晶相位延迟器43、近红外线偏振片44及近红外探测器45沿光线的传播方向顺次布置，其中第三液晶相位延迟器42和第四液晶相位延迟器43同为半波液晶可变延迟器，波段范围为650nm～1050nm，分别由第三液晶控制器46及第四液晶控制器47控制第三液晶相位延迟器42和第四液晶相位延迟器43的相位延迟量，第三液晶相位延迟器42的快轴与水平方向的角度呈45度，第四液晶相位延迟器43的快轴与水平方向的角度呈0度，近红外线偏振片44的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过。

所述计算机处理系统5通过数据线分别与可见光探测器35和近红外探测器45相连接，计算机处理系统5用于存储可见光探测器35所探测到的目标可见光图像信息及近红外探测器45所探测到的近红外图像信息，通过图像信息对偏振信息进行解算，得到全偏振信息，并对可见光与近红外的全偏振信息进行融合。

具体实现步骤如下：

步骤一、将可见光全偏振探测系统3中的第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33调节为任意延迟量，再将近红外全偏振探测系统4中的第三液晶相位延迟器42和第四液晶相位延迟器43调节为任意延迟量，由望远系统1瞄准待测目标，用可见光探测器35和近红外探测器45分别记录目标的可见光与近红外图像信息，输入到计算机处理系统5中，得到第一组可见光与近红外图像信息；

步骤二、由第一液晶控制器36、第二液晶控制器37、第三液晶控制器46和第四液晶控制器47分别调节第一液晶相位延迟器32、第二液晶相位延迟器33、第三液晶相位延迟器42和第四液晶相位延迟器43的相位延迟量，再由可见光探测器35和近红外探测器45分别记录目标的可见光与近红外图像信息，输入到计算机处理系统5中，得到第二组可见光与近红外图像信息；

步骤三、重复步骤二两次，得到第三组可见光与近红外图像信息及第四组可见光与近红外图像信息；

步骤四、由计算机处理系统5对分别得到的四组可见光与近红外图像信息进行解算，以其中透射光路可见光全偏振探测系统为例，由如以下公式所示：

其中，M_P、M_LCVR1和M_LCVR2分别为可见光线偏振片34、第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33所对应的穆勒矩阵，S_in＝[S₀ S₁ S₂ S₃]′和S_out＝[I Q U V]′分别为入射光和出射光所对应的斯托克斯参量，其中S₀、S₁、S₂和S₃分别为入射光的4个斯托克斯参量，I、Q、U、V分别为出射光的4个斯托克斯参量；δ₁和δ₂分别为第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33所调节的相位延迟量，则由公式(1)可求出探测到的图像强度信息I与两个相位延迟量δ₁和δ₂对应的关系,如下所示：

因此，由公式(2)可知，只需对第一液晶相位延迟器32和第二液晶相位延迟器33所对应两个相位延迟量δ₁和δ₂分别调节4次，便可得到四个相应的强度信息图像I，便可从中解算出相应的四个入射光斯托克斯参量，分别为S₀、S₁、S₂及S₃。对于近红外全偏振探测系统，采用相同的方式进行解算，最后可以分别得到可见光、近红外全偏振信息，并对可见光与近红外的全偏振信息进行融合。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地解释本发明所作的举例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.双波段目标全偏振信息自动获取系统，其特征在于：包括望远系统(1)、分光系统(2)、可见光全偏振探测系统(3)、近红外全偏振探测系统(4)及计算机处理系统(5)，所述分光系统(2)设置在望远系统(1)的出射光路上；所述可见光全偏振探测系统(3)设置在分光系统(2)的透射方向上，近红外全偏振探测系统(4)设置在分光系统(2)的反射方向上；

所述可见光全偏振探测系统(3)包括可见光滤光片(31)、第一液晶相位延迟器(32)、第二液晶相位延迟器(33)、可见光线偏振片(34)、可见光探测器(35)、第一液晶控制器(36)及第二液晶控制器(37)，可见光滤光片(31)、第一液晶相位延迟器(32)、第二液晶相位延迟器(33)、可见光线偏振片(34)及可见光探测器(35)沿光线的传播方向顺次布置，第一液晶相位延迟器(32)与第一液晶控制器(36)连接，第一液晶相位延迟器(32)的快轴与水平方向的角度呈45度布置，第二液晶相位延迟器(33)与第二液晶控制器(37)连接，第二液晶相位延迟器(33)的快轴与水平方向的角度呈0度布置，可见光线偏振片(34)的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过；

所述近红外全偏振探测系统(4)包括近红外滤光片(41)、第三液晶相位延迟器(42)、第四液晶相位延迟器(43)、近红外线偏振片(44)、近红外探测器(45)、第三液晶控制器(46)及第四液晶控制器(47)，近红外滤光片(41)、第三液晶相位延迟器(42)、第四液晶相位延迟器(43)、近红外线偏振片(44)及近红外探测器(45)沿光线的传播方向顺次布置，第三液晶相位延迟器(42)与第三液晶控制器(46)连接，第三液晶相位延迟器(42)的快轴与水平方向的角度呈45度布置；第四液晶相位延迟器(43)的快轴与水平方向的角度呈0度布置，近红外线偏振片(44)的角度调节为0度，始终保持水平方向的光线透过；

所述计算机处理系统(5)通过数据线分别与可见光探测器(35)、近红外探测器(45)相连接，计算机处理系统(5)用于存储可见光探测器(35)所探测到的目标可见光图像信息及近红外探测器(45)所探测到的近红外图像信息，通过图像信息对偏振信息进行解算，得到全偏振信息，并对可见光与近红外的全偏振信息进行融合。

2.根据权利要求1所述的双波段目标全偏振信息自动获取系统，其特征在于：所述分光系统(2)为短波通二向色镜，透射波段为400nm～730nm，反射波段为770nm～1100nm。

3.根据权利要求1所述的双波段目标全偏振信息自动获取系统，其特征在于：所述第一液晶相位延迟器(32)及第二液晶相位延迟器(33)均为半波液晶可变延迟器，波段范围为350nm～700nm。

4.根据权利要求1所述的双波段目标全偏振信息自动获取系统，其特征在于：所述第三液晶相位延迟器(42)和第四液晶相位延迟器(43)均为半波液晶可变延迟器，波段范围为650nm～1050nm。