CN111123386A - 一种基于动态视觉传感器的偏振成像探测装置及探测方法 - Google Patents

一种基于动态视觉传感器的偏振成像探测装置及探测方法 Download PDF

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肖变
杨雪
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Abstract

本发明涉及一种基于动态视觉传感器的偏振成像探测装置及探测方法，属于偏振遥感探测技术领域；本发明一种基于DVS的偏振成像探测装置包括旋转台、偏振片和DVS，偏振片固定在旋转台上，旋转台和DVS固定在同一平台上，且DVS镜头对准偏振片出光口；探测时首先通过DVS拍摄静态的目标场景得到帧图像，而后控制旋转台进而控制偏振片的旋转速度，使其与DVS事件检测时间间隔相匹配，接下来通过偏振片的旋转，DVS得到事件的发生，并输出事件图像，从而实现对场景的偏振探测。对比现有技术，本发明探测装置体积小，重量轻，利于工程实现和应用；且探测直观，无需后续图像处理就能够有效探测伪装和人造目标。

Description

一种基于动态视觉传感器的偏振成像探测装置及探测方法
技术领域
本发明涉及一种基于动态视觉传感器(DVS)的偏振成像探测装置及探测方法，属于偏振遥感探测技术领域。
背景技术
光学遥感应用领域遍及军事、工业、农业、航空航天、公安监控、减灾以及人们的日常生活。而军事应用中，光学遥感技术受到具有伪装目标的挑战，导致探测能力不足，而偏振探测可以很好的解决上述问题。偏振探测可以提供独立于强度和光谱的信息，有效识别具有伪装的目标。然而现有的偏振探测系统具有系统体积大、后续图像处理复杂和耗时长的缺点，因此与实际遥感应用还有差距。为此本发明提出了一种基于动态视觉传感器的探测装置，克服DVS只能探测动态目标的限制，实现对静态场景的偏振探测，可以检测场景中偏振度较大的目标特别是伪装和人造目标，且具有灵敏度高、探测直观的优点，在遥感探测领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有成像系统对伪装目标探测能力不够以及系统本身受体积和复杂度等限制的问题，提供了一种基于DVS的偏振成像探测装置，来实现对场景的探测，检测场景中偏振度较大的目标，特别是伪装和人造目标。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种基于DVS的偏振成像探测装置，包括旋转台、偏振片和DVS，偏振片固定在旋转台上，旋转台和DVS固定在同一平台上，且DVS镜头对准偏振片出光口。
本发明还提供了一种基于DVS的偏振成像探测装置的探测方法，用以实现对场景的偏振探测，包括以下步骤：
步骤一：事件场景和帧场景的获取，通过DVS拍摄静态的目标场景，其中包括事件场景和正常帧的场景；
步骤二：控制所述旋转台的旋转速度，使其与所述DVS事件检测时间间隔相匹配；
步骤三：通过偏振片的旋转，DVS可以得到偏振信息，通过检测场景亮度的变化得到事件的发生，并输出事件图像，从而实现对场景的偏振探测。
有益效果
与现有技术对比，本发明提出的一种基于DVS的偏振成像探测装置，优点在于：
a)探测装置体积小，重量轻，利于工程实现和应用。
b)能够有效探测伪装和人造目标，为遥感探测和侦查、减灾搜救等提供帮助。
c)探测直观，无需后续图像处理，有利于后续的目标自动识别等的应用。
d)克服了DVS只能探测动态目标的限制，能够有效探测静态目标，扩展了其使用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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公开的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于DVS的偏振成像探测装置结构示意图。
图2为本发明实施例一种基于DVS的偏振成像探测装置实物展示图。
图3为本发明实施例一种基于DVS的偏振成像探测装置的探测方法流程示意图。
图4为本发明实施例事件成像模式采集的图像。
图5为本发明实施例帧成像模式采集的图像。
附图标记：1-偏振片，2-步进电机，3-旋转台，4-DVS，5-光学平台，6-步进电机控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
为了使本申请实例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实例可以相互结合。
下面对本发明方法的发明原理进行说明。
DVS陷于自身原理限制，只能探测动态目标，但是旋转偏振片可以使场景内偏振度较大的目标发生明暗变化，因此DVS与偏振装置结合使用就可以实现对静态目标的探测，并且继承了偏振成像系统的优势，那么对场景中偏振的敏感程度将是一个重要指标。
假设DVS的对比度敏感度为Ch，即相邻两次检测中图像同一位置对比度大于Ch可被探测。自然光经过物体表面反射会变为部分偏振光，可以用部分偏振光的“偏振度”来描述这两个部分的比例关系，偏振度Dop定义为
Figure BDA0002325329330000031
其中，IP代表完全偏振光成分的光强，IN代表自然光成分的光强。对于完全偏振光，Dop＝1；对于自然光Dop＝0；对于部分偏振光，则有0<Dop<1。
假设在相机相邻两次检测时间间隔中旋转偏振片转过的角度为90°(因为这样可以保持对场景中偏振度的最大敏感度)，假设第一次和第二次曝光时相机获得的强度I1和I2为
Figure BDA0002325329330000041
θ为第一次曝光时部分偏振光的偏振方向与偏振片方向的夹角，范围为0～π/2。
所以相邻两次检测的对比度C为
Figure BDA0002325329330000042
令C大于Ch，可得对偏振度的敏感程度，即理想情况下θ为0°，则探测系统可以对偏振度为Ch的部分偏振光成像。
为了得到最佳的探测能力，需在相机相邻两次检测时间间隔Δt(单位：s)内，偏振片旋转的角度为90°，所以偏振片的旋转速度为90/Δt(单位：°/s)。
如附图1所示为一种基于DVS的偏振成像探测装置结构示意图，偏振片1固定在旋转台3上，旋转台3由SC步进电机2驱动且固定在光学平台5上，SC步进电机控制器6控制步进电机2转速，DVS4固定在光学平台5且镜头对准偏振片1出光口，DVS4输出的图像由PC机进行显示、采集和存储。所述装置实物图如附图2所示。当然，本领域技术人员知道，可将SC步进电机替换成其它驱动系统，只要能够提供旋转台的旋转动力即可，如直流电机、手动旋转等。
如图3所示为一种基于上述偏振成像探测装置的探测方法流程示意图，具体过程如下：
步骤一：在实验室室内进行实验，光照充足，调整相机的拍摄视角和旋转台。
步骤二：根据显示的图像效果实时调节SC步进电机控制器来控制步进电机的旋转速度，进而使旋转台的转速达到与DVS的事件检测时间间隔的最佳匹配，以得到最佳的偏振探测效果。由于本例采用的DVS的事件检测时间间隔为20μs，要想达到最佳匹配，旋转速度为4.5×106(°/s)，本例中旋转台难以达到如此高旋转速度，通过观察成像效果调节旋转速度，本例采用1.8×103(°/s)的转速就可以获得较好成像效果。
步骤三：输出事件图像和帧图像分别如附图4和附图5所示，事件图像是由DVS事件成像模式下相邻两次事件检测中图像同一位置对比度大于DVS对比度敏感度(这里为0.14)时输出的图像；帧图像为DVS普通成像模式下按每秒40帧输出的图像。其所拍摄的为相同的静态场景，包括显示器、窗框、隐藏在绿色植物中的钳子和螺丝刀以及木制箱子(已用方框标记)。
可以看出，对于螺丝刀、钳子、液晶显示器、窗框和书的封面，利用DVS和旋转偏振片系统可以很容易探测，但是对于绿色植物和木头就探测不到，因为前一类为人造目标，反射光偏振度大，而后一类为自然目标，偏振度小，很难被探测发现。因此本发明的装置可以很好的区分人造目标和自然目标。并且由该装置无需较长时间的后续图像处理即可直接得到目标探测结果，探测效率高。
综上过程，在进行偏振探测时，首先通过DVS拍摄静态的目标场景得到帧图像，而后控制旋转台的旋转速度进而控制偏振片的旋转使其与DVS事件检测时间间隔相匹配，接下来通过偏振片的旋转，DVS得到事件的发生，并输出事件图像，从而实现对场景的偏振探测。
并且，由图2可以看出，该装置结构简单，且大小只受DV、旋转台和驱动系统大小的限制，根据现有材料的选型，均可以很容易获得对应的尺寸较小的构件，从而使该探测装置能够做到尺寸小、重量轻，适于遥感探测使用。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于DVS的偏振成像探测装置，其特征在于，包括旋转台、偏振片和DVS，偏振片固定在旋转台上，旋转台和DVS固定在同一平台上，且DVS镜头对准偏振片出光口。
2.一种基于权利要求1所述的装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、事件场景和帧场景的获取，通过所述DVS拍摄静态的目标场景，其中包括事件场景和正常帧的场景；
S2、控制所述旋转台的旋转速度，使其与所述DVS事件检测时间间隔相匹配；
S3、通过所述偏振片的旋转，DVS可以得到偏振信息，通过检测场景亮度的变化得到事件的发生，并输出事件图像，从而实现对场景的偏振探测。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述DVS拍摄静态的目标场景为在DVS普通成像模式下拍摄。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述事件图像为在DVS事件成像模式下拍摄。
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