CN110849479A - 一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法 - Google Patents

一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其包括两个步骤：(1)在分焦平面偏振探测器的焦平面上粘贴具有两类颜色的阵列式彩色滤光膜，构成阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器，其中，一类颜色滤光膜单元覆盖0度和90度透振方向的偏振像元，另一类颜色滤光膜单元覆盖45度和135度透振方向的偏振像元；(2)利用阵列式偏振彩色复合滤光探测器中相邻2×2像元信息，解析颜色通道I的强度、颜色通道II的强度、斯托克斯矢量、偏振度和偏振角信息。本发明可同时获取偏振和彩色多维图像，探测器具有结构紧凑、集成度高、可快照式成像优点。

Description

一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法
技术领域
本发明属于光电成像技术领域，具体涉及一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法。
背景技术
常见的工业相机主要分为黑白相机和彩色相机。黑白相机只能感知场景的亮度信息，但无法感知场景的颜色信息；彩色相机可以获取场景的颜色信息，但无法感知场景的偏振信息。分焦平面偏振相机通过在焦平面上集成封装微纳光栅阵列来实现，具有结构紧凑、集成度高、可快照式成像，但无法获取场景的颜色信息。将彩色相机与光栅阵列型偏振相机作为两个通道分别进行颜色和偏振信息获取，将使得集成后的系统存在体积大、两通道图像需要进行像素级的空间配准、系统稳定性差等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其能够解决彩色相机和偏振相机难以同时获取偏振和颜色信息的技术难题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在分焦平面偏振相机的焦平面上粘贴具有I类和II类两类颜色的阵列式彩色滤光膜，构成阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器；
S2：利用步骤S1的阵列式偏振彩色复合滤光探测器中相邻2×2像元信息，经偏振彩色信息解析处理后，输出颜色通道I的强度、颜色通道II的强度、斯托克斯矢量、偏振度和偏振角信息。
作为本发明的一种优选实施方式：所述阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器包含均匀分布的0度、45度、90度、135度四类透振方向的偏振像元，工作波段为400-1000nm。
作为本发明的一种优选实施方式：I类颜色的滤光膜单元覆盖0度、90度透振方向的偏振像元，II类颜色的滤光膜单元覆盖45度、135度透振方向的偏振像元。
作为本发明的一种优选实施方式：所述偏振彩色信息解析处理包含计算颜色通道I和颜色通道II的步骤、计算斯托克斯矢量参数的步骤和计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的步骤：
(I)计算颜色通道I和颜色通道II强度的公式为：
Figure BDA0002247540800000021
Figure BDA0002247540800000022
其中，
Figure BDA0002247540800000023
表示透振方向为0度且第I类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000024
表示透振方向为90度且第I类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000025
表示透振方向为45度且第II类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000026
表示透振方向为135度且第II类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元；
(II)计算斯托克斯矢量参数s0、s1和s2的计算公式为：
Figure BDA0002247540800000027
Figure BDA0002247540800000029
(III)计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的公式为：
Figure BDA00022475408000000211
本发明有益效果是：
本发明通过在分焦平面偏振探测器的焦平面上粘贴具有两类颜色的阵列式彩色滤光膜及后端的偏振彩色信息解析处理，能够同时获取偏振和颜色信息，具有结构紧凑、集成度高、可快照式成像、低成本等优点。
附图说明
图1为阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器的分层示意图；
图2为阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器的示意图。
图3为偏振彩色信息解析处理流程图。
附图标记说明：
1-阵列式彩色滤光膜；2-分焦平面偏振探测器；3-阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器；4-2×2相邻像元；5-偏振与彩色复合滤光信息解析处理。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例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做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。
实施例1：
采用本发明设计一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，包括如下步骤：
(1)选用分焦平面偏振探测器，其中分焦平面偏振探测器包括透振方向为0度、45度、90度、135度的四类偏振像元，工作波长范围为380-1000nm；在该分焦平面偏振探测器的焦平面上粘贴具有蓝色和红色两类颜色的阵列式彩色滤光膜，构成阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器。粘贴过程中：蓝色滤光膜单元覆盖0度、90度透振方向的偏振像元，红色滤光膜单元覆盖45度、135度透振方向的偏振像元；
(2)利用阵列式偏振彩色复合滤光探测器中相邻2×2像元信息，经偏振彩色信息解析处理后，输出蓝色通道的强度、红色通道的强度、斯托克斯矢量、偏振度和偏振角信息。计算包括如下步骤：
步骤1：计算蓝色通道I和红外通道II强度的公式为
Figure BDA0002247540800000031
其中，
Figure BDA0002247540800000041
表示透振方向为0度且蓝色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000042
表示透振方向为90度且蓝色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000043
表示透振方向为45度且红色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000044
表示透振方向为135度且红色滤光片单元覆盖的偏振像元。
步骤2：计算斯托克斯矢量参数s0、s1和s2的计算公式为
Figure BDA0002247540800000045
Figure BDA0002247540800000046
Figure BDA0002247540800000047
步骤3：计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的公式为
Figure BDA0002247540800000048
Figure BDA0002247540800000049
实施例2：
采用本发明设计一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，包括如下步骤：
(1)选用分焦平面偏振探测器，其中分焦平面偏振探测器包括透振方向为0度、45度、90度、135度的四类偏振像元，工作波长范围为380-1000nm；在该分焦平面偏振探测器的焦平面上粘贴具有可见光和可见近红外两类颜色的阵列式彩色滤光膜，构成阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器。粘贴过程中：可见光滤光膜单元覆盖0度、90度透振方向的偏振像元，可见近红外滤光膜单元覆盖45度、135度透振方向的偏振像元；
(2)利用阵列式偏振彩色复合滤光探测器中相邻2×2像元信息，经偏振彩色信息解析处理后，输出可见光通道的强度、可见近红外通道的强度、斯托克斯矢量、偏振度和偏振角信息。计算包括如下步骤：
步骤1：计算可见光通道I和可见近红外通道II强度的公式为
Figure BDA00022475408000000411
其中
Figure BDA00022475408000000412
表示透振方向为0度且可见光滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA00022475408000000413
表示透振方向为90度且可见光滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000051
表示透振方向为45度且可见近红外滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure BDA0002247540800000052
表示透振方向为135度且可见近红外滤光片单元覆盖的偏振像元。
步骤2：计算斯托克斯矢量参数s0、s1和s2的计算公式为
Figure BDA0002247540800000053
Figure BDA0002247540800000054
Figure BDA0002247540800000055
步骤3：计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的公式为
Figure BDA0002247540800000056
Figure BDA0002247540800000057
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的。本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在分焦平面偏振相机的焦平面上粘贴具有I类和II类两类颜色的阵列式彩色滤光膜，构成阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器；
S2：利用步骤S1的阵列式偏振彩色复合滤光探测器中相邻2×2像元信息，经偏振彩色信息解析处理后，输出颜色通道I的强度、颜色通道II的强度、斯托克斯矢量、偏振度和偏振角信息。
2.如权利要求1所述的一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其特征在于：所述阵列式偏振彩色复合滤光成像探测器包含均匀分布的0度、45度、90度、135度四类透振方向的偏振像元，工作波段为400-1000nm。
3.如权利要求1所述的一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其特征在于：I类颜色的滤光膜单元覆盖0度、90度透振方向的偏振像元，II类颜色的滤光膜单元覆盖45度、135度透振方向的偏振像元。
4.如权利要求1所述的一种阵列式偏振彩色复合滤光成像方法，其特征在于：所述偏振彩色信息解析处理包含计算颜色通道I和颜色通道II的步骤、计算斯托克斯矢量参数的步骤和计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的步骤：
(I)计算颜色通道I和颜色通道II强度的公式为：
Figure FDA0002247540790000011
Figure FDA0002247540790000012
其中，
Figure FDA0002247540790000013
表示透振方向为0度且第I类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure FDA0002247540790000014
表示透振方向为90度且第I类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure FDA0002247540790000015
表示透振方向为45度且第II类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元，
Figure FDA0002247540790000016
表示透振方向为135度且第II类颜色滤光片单元覆盖的偏振像元；
(II)计算斯托克斯矢量参数s0、s1和s2的计算公式为
Figure FDA0002247540790000017
Figure FDA0002247540790000018
Figure FDA0002247540790000019
(III)计算线偏振度DoLP和偏振角AoP的公式为
Figure FDA0002247540790000021
Figure FDA0002247540790000022
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