CN109506778A - 一种用于多光谱偏振成像的检测阵列结构及成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及偏振成像技术领域，具体公开了一种用于多光谱偏振成像的检测阵列结构及成像装置，该阵列结构包括：光栅阵列元和多光谱成像阵列元，所述光栅阵列元固定于所述多光谱成像阵列元的敏感光层正上方以组成均具有不同的偏振敏感方向的若干偏振检测单元，以测量不同波段入射光的偏振信息。本发明实施例可以测量多种波段入射光的偏振信息，实现不同条件下偏振信息的实时测量，结构简单、测量范围广、适用性强，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及偏振成像技术领域，尤其涉及一种用于多光谱偏振成像的检测阵列结构及成像装置。
背景技术
太阳光经大气散射而产生的偏振光，自然界的许多昆虫在晴天、雨天、阴天，甚至夜晚(月球反射太阳光)的条件下，能够利用其特殊的复眼结构感知光的偏振信息，从而完成觅食、返巢和繁殖等活动。例如沙漠蚂蚁通过检测大气中可见光的偏振信息来确定方位信息，可以从距离巢穴数百米的地方沿直线准确返回，蜜蜂、蝴蝶等可通过感知天空紫外光的偏振信息而实现导航定位，乌龟能够利用较弱的月光偏振信息进行探测水面和寻找繁殖地，摇蚊利用偏振视觉来寻找合适的水面进行产卵。借鉴昆虫特殊的复眼结构，研制多光谱偏振成像装置，在目标探测与识别、自主导航、图像增强、防空侦察等领域具有较大应用前景。
基于昆虫复眼结构而设计的多光谱偏振成像检测阵列，从结构上接近于昆虫的复眼结构，其能够由若干像素级偏振测量单元组成，可实现多光谱的偏振成像。与传统的基于光电二极管式的点型偏振光传感器相比，具有检测区域广、测量不易受天气变化影响等优势；与单光谱偏振成像传感器相比，通过将多光谱成像元与多象限纳米金属光栅阵列的集成一体化设计，可实现红外光、可见光和紫外光的多光谱偏振测量。从目前公开发表的文献看，鲜有文献对多光谱偏振成像技术进行深入研究，尤其是在多光谱偏振成像检测阵列的一体化结构设计方面，因此需要设计一种能够敏感不同波段偏振光的成像装置，从而实现集成度高的多光谱偏振成像传感器。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题就在于：通过一个成像阵列如何实现不同波段入射光的偏振成像。
为解决上述技术问题，本发明实施例提出的解决方案为：
一种用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，包括：光栅阵列元和多光谱成像阵列元，所述光栅阵列元固定于所述多光谱成像阵列元的敏感光层正上方以组成若干均具有不同的偏振敏感方向的偏振检测单元，以测量不同波段入射光的偏振信息。
在本发明其中一个实施例中，所述光栅阵列元包括若干阵列布设的光栅元；所述多光谱成像阵列元包括若干阵列布设的多光谱成像元；
每个所述偏振检测单元包括一个所述光栅元和十六个所述多光谱成像元组成，所述光栅元为四象限光栅元，每个象限的所述光栅元的正下方有四个敏感不同波段入射光偏振信息的多光谱成像元。
在本发明其中一个实施例中，所述四象限光栅元的四个象限的光栅方向分别为0°、45°、90°和135°，所述不同波段的入射光包括可见光、紫外光和红外光。
在本发明其中一个实施例中，位于同一象限所述光栅元正下方的四个所述多光谱成像元包括两个可见光成像元、一个紫外光成像元和一个红外光成像元。
在本发明其中一个实施例中，位于同一象限所述光栅元正下方的四个所述多光谱成像元呈方形排列，其中，所述紫外光成像元与所述红外光成像元对角分布，两个所述可见光成像元对角分布。
为实现上述目的，本发明还提供一种多光谱偏振成像装置，包括上述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构。
本发明实施例的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构及多光谱偏振成像装置，通过将光栅阵列与多光谱成像阵列的集成化设计，在每个偏振检测单元中，敏感不同波段入射光的成像元具有不同的偏振敏感方向，取各偏振检测单元中同种成像元的光强信息，通过合成计算得到不同波段入射光的偏振信息。与现有技术相比，本发明实施例的用于多光谱偏振成像的检测阵列设计方法的优点在于：有效避免测量区域小、测量易受天气条件影响的劣势，能实现测量区域广、精细化程度高的偏振成像；实现了多光谱成像阵列与光栅阵列的集成一体化设计，能够通过一个成像阵列实现不同波段入射光的偏振信息测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的单个偏振检测单元的结构设计示意图；
图2为本发明实施例提供的多光谱偏振成像装置的整体结构设计示意图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所提供的多光谱偏振成像检测阵列包括光栅阵列和多光谱成像阵列，所述光栅阵列固定于所述多光谱成像阵列的敏感光层正上方以组成若干相同的偏振检测单元，每个所述偏振检测单元具有不同的偏振敏感方向，可测量不同波段的入射光的偏振信息，所述不同波段的入射光包括可见光、紫外光和红外光。
参见图1，其为本发明实施例所提供的多光谱偏振成像检测阵列中的单个偏振检测单元，单个偏振检测单元主要由1个四象限光栅元和16个多光谱成像元组成，其中四象限光栅元固定于多光谱成像元敏感光层的正上方，四象限光栅元例如为四象限纳米金属光栅元。四象限光栅元具有不同的偏振敏感方向，四个象限的光栅方向依次为0°(图1中的1象限)、45°(图1中的2象限)、90°(图1中的3象限)和135°(图1中的4象限)，单个象限的光栅例如为方形、边长设为c，各象限内的光栅大小相同；每个象限的光栅正下方安装4个敏感不同波段入射光偏振信息的成像元，三种不同的成像元包括可见光成像元、紫外光成像元与红外光成像元，每个成像元的边长为a，像元间隔为b，其中两个可见光成像元(A)对角分布，紫外光成像元(B)与红外光成像元(C)对角分布；通过公式2a+b≤c≤2(a+b)确定单个象限的光栅边长。
假设多光谱偏振成像检测阵列中所有成像元的个数为n×n，则由所有成像元组成的多光谱成像阵列的大小Sd为n2(a+b)2，由所有光栅组成的光栅阵列的大小Sv为0.25n2c2。
参见图2，其为本发明实施例所设计的多光谱偏振成像装置，主要由广角镜头2、多光谱偏振成像检测阵列3和成像处理芯片4组成。其中5为若干偏振检测单元，广角镜头2安装于多光谱偏振检测阵列3中心正上方，用于增大测量视角；多光谱偏振成像检测阵列3用于敏感不同波段入射光的偏振信息，成像处理芯片4用于完成偏振信息的处理。具体过程是：将图2所示的多光谱偏振成像装置朝向被观察区域，读取各偏振检测单元中同种成像元的光强信息，通过合成计算即可得到不同波段入射光的偏振信息，进而完成被观察区域的偏振成像。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，其特征在于，包括：光栅阵列元和多光谱成像阵列元；所述光栅阵列元固定于所述多光谱成像阵列元的敏感光层正上方以组成若干均具有不同的偏振敏感方向的偏振检测单元，以测量不同波段入射光的偏振信息。
2.如权利要求1所述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，其特征在于，所述光栅阵列元包括若干阵列布设的光栅元；所述多光谱成像阵列元包括若干阵列布设的多光谱成像元；
每个所述偏振检测单元包括一个所述光栅元和十六个所述多光谱成像元组成，所述光栅元为四象限光栅元，每个象限的所述光栅元的正下方有四个敏感不同波段入射光偏振信息的多光谱成像元。
3.如权利要求2所述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，其特征在于，所述四象限光栅元的四个象限中光栅方向分别为0°、45°、90°和135°，所述不同波段的入射光包括可见光、紫外光和红外光。
4.如权利要求3所述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，其特征在于，位于同一象限所述光栅元正下方的四个所述多光谱成像元包括两个可见光成像元、一个紫外光成像元和一个红外光成像元。
5.如权利要求4所述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构，其特征在于，位于同一象限所述光栅元正下方的四个所述多光谱成像元呈方形排列，其中，所述紫外光成像元与所述红外光成像元对角分布，两个所述可见光成像元对角分布。
6.一种成像装置，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的用于多光谱偏振成像的检测阵列结构。
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