CN113298863B - 分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法，通过控制转台带动可旋转高性能线偏振片旋转，在每一个相对旋转角度下，使用搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备拍摄多张图片；选定图片中部分区域，在每一个相对旋转角度下对各偏振主轴方向的像素分别求输出平均值，最终获得各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列；使用傅里叶级数拟合法对序列进行拟合，获得各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数；选定一个偏振主轴方向为基准方向，其它偏振主轴方向为该偏振主轴方向与基准方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数的相位差。本发明标定结果精度高，速度快。

Description

分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法

技术领域

本发明涉及偏振成像技术领域，特别涉及一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法。

背景技术

偏振成像技术可以获得场景的偏振图像。目前偏振成像装置主要分为分时型、分振幅型、分孔径型、分焦平面型。与前三种类型相比，分焦平面偏振成像装置具有结构紧凑、集成度高、可快照式成像的优点，其核心元件为分焦平面偏振图像传感器。分焦平面偏振图像传感器，通过在图像传感器的焦平面上集成封装微纳光栅来实现，因此分焦平面偏振图像传感器的性能受多种因素影响。微纳光栅阵列的加工误差、微纳光栅与图像传感器的集成封装误差、图像传感器自身的设计、制造工艺，均会导致分焦平面偏振图像传感器的性能下降。分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向是后续对偏振图像处理时的重要参数。对于分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向的标定，尚无标准有效的标定装置和方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置，该装置可以对分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向进行快速和高精度的标定。

本发明的另一个目的在于提出一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置，包括：

沿光轴布置的均匀光源、可旋转高性能线偏振片、转台和搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备；

所述均匀光源用于发出均匀光，均匀光经所述可旋转高性能线偏振片后达到分焦平面偏振图像传感器感光面；

所述可旋转高性能线偏振片设置在所述转台上，通过所述转台带动所述可旋转高性能线偏振片来调节入射到分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的偏振方向；

所述无光学镜头设备用于拍摄偏振后均匀光图像。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法，包括：

通过转台带动高性能可旋转线偏振片相对于分焦平面偏振图像传感器的感光面作旋转运动，在每个相对旋转角度下，利用搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备拍摄多张图片；

选定图片中的部分区域，在每一个相对旋转角度下对各偏振主轴方向的像素分别求输出平均值，得到各偏振主轴方向像素值输出平均随相对旋转角度变化的序列；

使用傅里叶级数拟合法对所述序列进行拟合，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数；

选定一个偏振主轴方向为基准方向，其它任一偏振主轴方向的像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数与基准方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴的方向。

本发明实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法，通过将偏振主轴方向的像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数与基准偏振主轴方向像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴方向，解决了分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向标定的问题，具有标定精度高和速度快的优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置结构示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法流程图；

图4为根据本发明另一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置及方法。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置。

图1为根据本发明一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置结构示意图。

如图1所示，该分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置包括：沿光轴布置的均匀光源、可旋转高性能线偏振片、转台和搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备。

均匀光源用于发出均匀光，均匀光经可旋转高性能线偏振片后达到分焦平面偏振图像传感器感光面。

可旋转高性能线偏振片设置在转台上，通过转台带动可旋转高性能线偏振片来调节入射到分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的偏振方向。

无光学镜头设备用于拍摄偏振后均匀光图像。

如图2所示，均匀光源和转台之间，转台和搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备之间分别设置光学设备。均匀光源发射的均匀光，依次经过光学设备1、可旋转高性能线偏振片、光学设备2，最终到达被测试的分焦平面偏振图像传感器感光面。通过调节均匀光源自身参数、调节光学设备1参数、调节光学设备2参数，可改变入射到分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的光学参数。其中，光学设备1、光学设备2泛指可改变均匀光源出射均匀光的各项参数的设备，在没有使用需求时，可以去掉。

根据本发明实施例提出的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置，通过转台带动可旋转高性能线偏振片来调节入射到分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的偏振方向，进而计算偏振主轴方向的像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数，将偏振主轴方向的像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数与基准偏振主轴方向像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴方向，该装置标定精度高，且标定速度快。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法。

图3为根据本发明一个实施例的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法流程图。

如图3所示，该分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法包括以下步骤：

步骤S1，通过转台带动高性能可旋转线偏振片相对于分焦平面偏振图像传感器的感光面作旋转运动，在每个相对旋转角度下，利用搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备拍摄多张图片。

步骤S2，选定图片中的部分区域，在每一个相对旋转角度下对各偏振主轴方向的像素分别求输出平均值，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列。

步骤S2进一步包括：

在某相对角度下，拍摄M张图片，图片的选中区域内有K个偏振主轴方向为某方向的像素，记该偏振主轴方向的第m张图片，第k个像素的输出值

1≤m≤M，1≤k≤K，在该相对旋转角度下该偏振主轴方向像素输出平均值y为:

分别计算每一个相对旋转角度下的该偏振主轴方向像素输出平均值，得到该偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列；

计算所有偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列。

步骤S3，使用傅里叶级数拟合法对序列进行拟合，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数。

步骤S4，选定一个偏振主轴方向为基准方向，其它任一偏振主轴方向的像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数与基准方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴的方向。

结合图4和具体实施例进行详细说明。

本实施例中选用平行光管作为光学设备1，积分球作为均匀光源。如图2所示，将加装平行光管的积分球、可旋转高性能线偏振片、搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备沿光轴布置。

积分球发出均匀光，经平行光管处理后，输出光强稳定的平行均匀光。平行均匀光照射可旋转高性能线偏振片，形成偏振方向可调的线偏振光。

步骤1：转台以步长为1°的增量，带动可旋转高性能线偏振片顺时针旋转，共旋转360次；

步骤2：可旋转高性能线性偏振片每旋转1次，搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备拍摄1张图片。选择图片中包含各偏振主轴方向像素均为120000个的区域，计算可旋转高性能线性偏振片旋转到此位置时，每个偏振主轴方向像素输出平均值。记某偏振主轴方向第i(1≤i≤120000)个像素的输出值为x_i，则该偏振主轴像素在可旋转高性能线性偏振片旋转到该角度时的像素输出平均值y为：

对可旋转高性能线偏振片每旋转的一个角度，均采用上述方法，最终得到每个偏振主轴方向包含360个点的像素输出平均值的序列。

步骤3：采用一阶傅里叶级数拟合步骤2得到的序列，获得各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数。

步骤4：选择一个偏振主轴方向作为基准方向，其它任一偏振主轴方向的像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数与基准方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴的方向。

需要说明的是，前述对装置实施例的解释说明也适用于该实施例的方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法，通过将偏振主轴方向的像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数与基准偏振主轴方向像素输出平均值随测试偏振光相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴方向，解决了分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向标定的问题，具有标定精度高和速度快的优点。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置，其特征在于，包括：沿光轴布置的均匀光源、可旋转高性能线偏振片、转台和搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备；

所述均匀光源用于发出均匀光，均匀光经所述可旋转高性能线偏振片后达到分焦平面偏振图像传感器感光面；

所述可旋转高性能线偏振片设置在所述转台上，通过所述转台带动所述可旋转高性能线偏振片来调节入射到分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的偏振方向；

所述无光学镜头设备用于拍摄偏振后均匀光图像；

其中，通过转台带动高性能可旋转线偏振片相对于分焦平面偏振图像传感器的感光面作旋转运动，在每个相对旋转角度下，利用搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备拍摄多张图片；

选定图片中的部分区域，在每一个相对旋转角度下对各偏振主轴方向的像素分别求输出平均值，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列；

使用傅里叶级数拟合法对所述序列进行拟合，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数；

选定一个偏振主轴方向为基准方向，其它任一偏振主轴方向的像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数与基准方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的函数的相位差作为该偏振主轴的方向。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均匀光源和所述转台之间，所述转台和搭载有分焦平面偏振图像传感器的无光学镜头设备之间分别设置光学设备，通过调节所述均匀光源自身参数以及所述光学设备的参数，改变入射到所述分焦平面偏振图像传感器感光面的均匀光的光学参数。

3.一种分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定方法，用于权利要求1-2任一项所述的分焦平面偏振图像传感器中偏振主轴方向标定装置，其特征在于，包括以下步骤：

所述选定图片中的部分区域，在每一个相对旋转角度下对各偏振主轴方向的像素分别求输出平均值，得到各偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列，进一步包括：

在某相对角度下，拍摄M张图片，图片的选中区域内有K个偏振主轴方向为某方向的像素，记该偏振主轴方向的第m张图片，第k个像素的输出值

1≤m≤M，1≤k≤K，在该相对旋转角度下该偏振主轴方向像素输出平均值y为:

分别计算每一个相对旋转角度下的该偏振主轴方向像素相应的平均值，得到该偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列；

计算所有偏振主轴方向像素输出平均值随相对旋转角度变化的序列。

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