CN114935579A - 两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法，涉及光学图像测量技术领域。装置包括：光学透镜、第一级偏振片、第二级偏振片组件、CCD面阵探测器、控制单元和数据采集处理单元；第一级偏振片，用于进行一级偏振处理；第二级偏振片组件包括：电机、偏振片轮和偏振片；偏振片轮上的偏振片，在电机的驱动下随偏振片轮的旋转而旋转，在旋转过程中，可将一级偏振处理后的出射光分别进行不同角度的二级偏振处理；CCD面阵探测器，用于采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；数据采集处理单元，用于将CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到目标场景的高动态范围图像。本方案，能够降低操作复杂度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光学图像测量技术领域，特别涉及一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法。
背景技术
随着光电对抗技术的飞速发展，光学成像探测系统在光电侦察、光电跟踪测量等领域得到了广泛应用。当强光照射光电成像探测系统时，光学系统将强光会聚到探测器上，使探测器上的能量增加，当照射能量足够大时，就能使探测器达到输出饱和甚至造成探测器永久性损伤而不能正常工作，从而使得光电精确制导系统失去效能。
目前，为抑制强光干扰背景，获得高动态场景图像，行业界常见的技术途径是采用多帧不同曝光图像的融合方案，通过拍摄不同曝光设置的多帧图像(通常为短曝光、正常曝光、长曝光三帧图像)作为输入，再通过相机响应曲线将三帧输入图像转换为三帧场景的真实亮度图，然后进行配准鬼影检测操作将三帧图像合成为一帧高动态范围图像。但是该方法需要多次调节曝光时间，操作较为复杂。
发明内容
本发明实施例提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法，能够降低操作复杂度。
第一方面，本发明实施例提供了一种一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，包括：光学透镜、第一级偏振片、第二级偏振片组件、CCD面阵探测器、控制单元和数据采集处理单元；
所述第一级偏振片，位于所述光学透镜和所述第二级偏振片组件之间，用于将所述光学透镜对目标场景聚焦之后的聚焦光进行一级偏振处理；
所述第二级偏振片组件包括：电机、偏振片轮和设置在所述偏振片轮上的偏振片；
所述电机，与所述控制单元相连，在所述控制单元的控制作用下对所述偏振片轮进行驱动或停止驱动；
所述偏振片轮上的偏振片，在所述电机的驱动下随所述偏振片轮的旋转而旋转，在旋转过程中，可将一级偏振处理后的出射光分别进行不同角度的二级偏振处理；
所述CCD面阵探测器，用于采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
所述数据采集处理单元，用于将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到所述目标场景的高动态范围图像。
优选地，所述偏振片轮上间隔设置多个通孔，所述多个通孔均位于以所述偏振片轮的旋转中心为圆心的圆周上；
所述第二级偏振片组件还包括光电传感器组，所述光电传感器组的发射端和接收端分别位于所述偏振片轮的两侧，所述偏振片轮在旋转过程中所述通孔可经过所述发射端和所述接收端的连接线，且当所述通孔经过所述发射端和所述接收端的连接线时，所述发射端发射的光电信号可通过该通孔发射至所述接收端；
所述接收端与所述CCD面阵探测器相连，当所述接收端接收到所述发射端发送的光电信号时，向所述CCD面阵探测器发送脉冲信号，所述CCD面阵探测器在接收到所述脉冲信号时进行强度图像的采集。
优选地，所述通孔在所述偏振片轮上设置位置的方向与所述偏振片轮上的偏振片的偏振方向之间的偏转角度所对应的角度范围为[0°,180°]。
优选地，多个所述通孔在所述角度范围内等间隔设置。
优选地，所述第一级偏振片为固定设置。
优选地，所述第一级偏振片的偏振方向和所述偏振片轮上的偏振片在旋转前的偏振方向相同。
优选地，所述第一级偏振片和所述偏振片轮上的偏振片的有效通光孔径，均大于所述CCD面阵探测器的总像元尺寸。
第二方面，本发明实施例还提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量方法，利用上述任一所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置实现测量，所述方法包括：
利用所述控制单元控制所述偏振片轮旋转；
利用所述CCD面阵探测器连续采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
利用所述数据采集处理单元，将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到目标场景的高动态范围图像。
优选地，在将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构之前，还包括：将每一个强度图像进行归一化处理。
优选地，利用拉普拉斯金字塔融合方法执行所述将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构。
本发明实施例提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法，通过设置两级偏振，可以将强光进行两级衰减，以对强光背景干扰进行有效抑制，且通过控制第二级偏振片组件中的偏振片轮进行旋转，以使得偏振片轮上的偏振片的偏振方向在旋转下不断调整，从而能够得到不同角度(即不同衰减程度)的强度图像，通过对多个强度图像进行重构，可以得到目标场景的高动态范围图像。可见本方案中，无需调整相机的曝光参数，在自动控制下，即可得到高动态范围图像，降低了操作复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明一实施例提供的一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置结构图；
图2是本发明一实施例提供的一种第二级偏振片组件结构图；
图3是本发明一实施例提供的一种偏振片轮结构图；
图4是本发明一实施例提供的一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。
如前所述，采用多帧不同曝光图像的融合方案，需要在拍摄过程中对相机的曝光参数进行不断调整，在每次调整后拍摄一张图像，以得到不同曝光的多帧图像。但是该方式需要不断调整相机的曝光参数，不仅费时，且操作复杂度较高。基于此，可以考虑设置一种能够对强光背景进行抑制的自动测量装置，以快速获得对强光背景进行不同衰减程度的强光图像。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1(图1中箭头方向为光的入射方向)，本发明实施例提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，包括：光学透镜1、第一级偏振片2、第二级偏振片组件3、CCD面阵探测器4、控制单元5和数据采集处理单元6；
所述第一级偏振片2，位于所述光学透镜1和所述第二级偏振片组件3之间，用于将所述光学透镜1对目标场景聚焦之后的聚焦光进行一级偏振处理；
所述第二级偏振片组件3包括：电机31、偏振片轮32和设置在所述偏振片轮32上的偏振片33；
所述电机31，与所述控制单元5相连，在所述控制单元5的控制作用下对所述偏振片轮32进行驱动或停止驱动；
所述偏振片轮32上的偏振片33，在所述电机31的驱动下随所述偏振片轮32的旋转而旋转，在旋转过程中，可将一级偏振处理后的出射光分别进行不同角度的二级偏振处理；
所述CCD面阵探测器4，用于采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
所述数据采集处理单元5，用于将所述CCD面阵探测器4采集的多个强度图像进行重构，得到所述目标场景的高动态范围图像。
本发明实施例中，通过设置两级偏振，可以将强光进行两级衰减，以对强光背景干扰进行有效抑制，且通过控制第二级偏振片组件中的偏振片轮进行旋转，以使得偏振片轮上的偏振片的偏振方向在旋转下不断调整，从而能够得到不同角度(即不同衰减程度)的强度图像，通过对多个强度图像进行重构，可以得到目标场景的高动态范围图像。可见本方案中，无需调整相机的曝光参数，在自动控制下，即可得到高动态范围图像，降低了操作复杂度。
下面对该测量装置所包括的各个部件进行说明。
本发明实施例中，光学透镜用于对目标场景进行聚焦，第一级偏振片的设置位置优选为光学透镜的聚焦位置。第一级偏振片用于将该聚焦光进行一级偏振处理，即将强光进行第一级衰减。一级偏振处理后的出射光照射至第二级偏振片组件中的偏振片轮上设置的偏振片上，由该偏振片对该出射光进行二级偏振处理。
本发明一个实施例中，第一级偏振片2和第二级偏振片组件中偏振片轮上设置的偏振片33均采用线栅型偏振片。
为了能够实现对出射光进行不同角度的二级偏振处理，使得CCD面阵探测器能够采集到不同角度的强度图像，进而使得数据采集处理单元能够根据获取到的强度图像进行重构，在本发明实施例中，该第二级偏振片组件至少可以通过如下两种方式来实现：
方式一、采用通孔方式作为触发位置，以触发CCD面阵探测器能够在特定位置处采集强度图像。
方式二、采用匀速旋转和定时触发方式，触发CCD面阵探测器能够在特定时间采集强度图像。
下面对上述两种方式分别进行说明。
首先，针对方式一，请参考图2，该偏振片轮32上间隔设置多个通孔321，所述多个通孔321均位于以所述偏振片轮32的旋转中心为圆心的圆周上；
所述第二级偏振片组件3还包括光电传感器组，所述光电传感器组的发射端341和接收端342分别位于所述偏振片轮32的两侧，所述偏振片轮32在旋转过程中所述通孔321可经过所述发射端341和所述接收端342的连接线，且当所述通孔321经过所述发射端341和所述接收端342的连接线时，所述发射端341发射的光电信号可通过该通孔321发射至所述接收端342；
所述接收端342与所述CCD面阵探测器4相连，当所述接收端342接收到所述发射端341发送的光电信号时，向所述CCD面阵探测器4发送脉冲信号，所述CCD面阵探测器4在接收到所述脉冲信号时进行强度图像的采集。
利用该方式一实现的测量过程可以包括：利用控制单元控制电机开机以对偏振片轮进行驱动，偏振片轮在旋转过程中带动其上设置的偏振片进行旋转，发射端始终处于光电信号的发射状态，每当通孔旋转至发射端和接收端的连接线上时，该光电信号通过该通孔发射至接收端，此时接收端可以接收到该光电信号，并在接收到该光电信号时向CCD面阵探测器发送脉冲信号，触发CCD面阵探测器采集当前角度下的强度图像，当通孔旋转出发射端和接收端的连接线上时，光电信号被遮挡，接收端无法接收到光电信号，并在下一次接收到光电信号时，再次触发CCD面阵探测器进行强度图像的采集。
由于通孔的设置位置是固定的，因此，可以通过确定旋转过程中首次经过发射端和接收端的连接线的通孔位置，来确定每一个强度图像对应的偏转角度，进而使得数据采集处理单元利用强度图像和偏转角度的对应关系实现对多个强度图像进行重构。
其中，该偏转角度是指通孔在所述偏振片轮上设置位置的方向与所述偏振片轮上的偏振片的偏振方向之间的夹角。
本发明一个实施例中，请参考图3，由于偏振片采用线栅型偏振片，因此，将线栅的方向确定为偏振片的偏振方向，且偏振角度在[0°,180°]和[180°,360°]所实现的二级偏振的范围是相同的，因此，该偏转角度所对应的角度范围优选为[0°,180°]。
进一步地，为了保证获取到的多个强度图像所对应偏转角度更加均匀，进而保证重构出的高动态范围图像更加准确，该多个所述通孔在所述角度范围内等间隔设置。比如，通孔数量为6个，分别对应的偏转角度为0°，30°，60°，90°，120°和150°。
另外，设置的多个通孔中存在一个通孔设置位置对应的偏转角度为0°，即与偏振片的偏振方向相同，请参考图3中的通孔设置方式。
在本发明一个实施例中，第一级偏振片可以为固定设置，至少在偏振片轮的同一个旋转周期内，第一级偏振片是固定的，从而保证采集到的多个强度图像只是对应不同的二级偏转处理，从而便于数据采集处理单元的计算。其中，该同一个旋转周期可以指旋转一周所对应的时间段。
在本发明一个实施例中，所述第一级偏振片的偏振方向和所述偏振片轮上的偏振片在旋转前的偏振方向相同。也就是说，在两个线栅型偏振片平行设置。优选地，CCD面阵探测器采集的第一个强度图像是对应偏转角度为0°的图像，且该图像是经过的一级偏振处理和二级偏振处理的偏振角度均相同。
然后，针对方式二，在方式二中，所述偏转片轮在所述电机的驱动下从设定偏振角度下开始进行匀速旋转。其中，该偏振角度为偏转片轮上的偏振片的偏振方向与第一级偏振片的偏振方向的夹角。
优选地，该设定偏振角度为0°。
利用该方式二实现的测量过程可以包括：利用控制单元控制电机开机以对偏振片轮进行驱动，偏振片轮在旋转过程中带动其上设置的偏振片进行旋转，并每隔一个时间段触发一次(优选地为间隔相同时间段触发一次)CCD面阵探测器，以触发CCD面阵探测器采集当前角度下的强度图像。由于偏振片轮是匀速旋转的，且触发的间隔时间段也是已知的，因此，可以通过旋转速度和间隔时间段计算出偏振角度，进而由数据采集处理单元完成多个强度图像的重构。
不管是上述方式一还是方式二，用于驱动偏振片轮的电机均可以采用无框空心轴电机。进一步地，该电机可以采用无框架结构的永磁直流无刷电机，入射光束能够从电机中心的大开口孔径中通过。
在本发明一个实施例中，所述第一级偏振片和所述偏振片轮上的偏振片的有效通光孔径，均大于所述CCD面阵探测器的总像元尺寸。如此，可以保证CCD面阵探测器上的所有像元均能够被使用到，使得有效像元更多，从而使得采集得到的强度图像的清晰度更高。
一个实施方式中，第一级偏振片和偏振片轮上设置的偏振片其有效孔径均为25.4mm，消光比大于10000：1，透过率大于80％。
一个实施方式中，CCD面阵探测器选用Kodak KAI-01050Progressive scan CCD面阵探测器，总像元尺寸为1040*1040，单个像元尺寸为5.5μm。
本发明上述各实施例中，通过设置两级偏振，可以将强光进行两级衰减，以对强光背景干扰进行有效抑制，且通过控制第二级偏振片组件中的偏振片轮进行旋转，以使得偏振片轮上的偏振片的偏振方向在旋转下不断调整，从而能够得到不同角度(即不同衰减程度)的强度图像，通过对多个强度图像进行重构，可以得到静态的目标场景的高动态范围图像。可见本方案中，无需调整相机的曝光参数，在自动控制下，即可得到高动态范围图像，降低了操作复杂度。
请参考图4，本发明实施例还提供了一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量方法，利用上述任一所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置实现测量，所述方法包括：
步骤400，利用所述控制单元控制所述偏振片轮旋转；
步骤402，利用所述CCD面阵探测器连续采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
步骤404，利用所述数据采集处理单元，将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到目标场景的高动态范围图像。
进一步地，由于获取到的强度图像对应不同角度，因此，为了便于计算，在将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构之前，还包括：将每一个强度图像进行归一化处理。
具体地，在步骤404中，可以利用拉普拉斯金字塔融合方法执行所述将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构。
以上述方式一所实现的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置为例，且包括6个通孔，每个通孔对应的偏转角度为0°，30°，60°，90°，120°和150°，对该测量方法进行举例说明：
在步骤400中，连续获取偏振片轮上通孔的偏转角度为0°，30°，60°，90°，120°和150°的位置处的目标场景可见光波段的强度图像。
在步骤402中，对每个旋转周期内目标场景的0°强度图像、30°强度图像、60°强度图像、90°强度图像、120°强度图像和150°强度图像进行归一化处理，对应得到0°偏转角度的归一化图像、30°偏转角度的归一化图像、60°偏转角度的归一化图像、90°偏转角度的归一化图像、120°偏转角度的归一化图像和150°偏转角度的归一化图像。
在步骤404中，采用拉普拉斯金字塔融合方法对步骤402中0°偏转角度、30°偏转角度、60°偏转角度、90°偏转角度、120°偏转角度和150°偏转角度的归一化图像进行高动态合成重构处理，重构出目标场景的高动态范围图像。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
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 (10)
1.一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，包括：光学透镜、第一级偏振片、第二级偏振片组件、CCD面阵探测器、控制单元和数据采集处理单元；
所述第一级偏振片，位于所述光学透镜和所述第二级偏振片组件之间，用于将所述光学透镜对目标场景聚焦之后的聚焦光进行一级偏振处理；
所述第二级偏振片组件包括：电机、偏振片轮和设置在所述偏振片轮上的偏振片；
所述电机，与所述控制单元相连，在所述控制单元的控制作用下对所述偏振片轮进行驱动或停止驱动；
所述偏振片轮上的偏振片，在所述电机的驱动下随所述偏振片轮的旋转而旋转，在旋转过程中，可将一级偏振处理后的出射光分别进行不同角度的二级偏振处理；
所述CCD面阵探测器，用于采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
所述数据采集处理单元，用于将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到所述目标场景的高动态范围图像。
2.根据权利要求1所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，所述偏振片轮上间隔设置多个通孔，所述多个通孔均位于以所述偏振片轮的旋转中心为圆心的圆周上；
所述第二级偏振片组件还包括光电传感器组，所述光电传感器组的发射端和接收端分别位于所述偏振片轮的两侧，所述偏振片轮在旋转过程中所述通孔可经过所述发射端和所述接收端的连接线，且当所述通孔经过所述发射端和所述接收端的连接线时，所述发射端发射的光电信号可通过该通孔发射至所述接收端；
所述接收端与所述CCD面阵探测器相连，当所述接收端接收到所述发射端发送的光电信号时，向所述CCD面阵探测器发送脉冲信号，所述CCD面阵探测器在接收到所述脉冲信号时进行强度图像的采集。
3.根据权利要求2所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，所述通孔在所述偏振片轮上设置位置的方向与所述偏振片轮上的偏振片的偏振方向之间的偏转角度所对应的角度范围为[0°,180°]。
4.根据权利要求3所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，多个所述通孔在所述角度范围内等间隔设置。
5.根据权利要求1所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，所述第一级偏振片为固定设置。
6.根据权利要求1所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，所述第一级偏振片的偏振方向和所述偏振片轮上的偏振片在旋转前的偏振方向相同。
7.根据权利要求1-6中任一所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置，其特征在于，所述第一级偏振片和所述偏振片轮上的偏振片的有效通光孔径，均大于所述CCD面阵探测器的总像元尺寸。
8.一种两级多路偏振调制的强光背景抑制测量方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任一所述的两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置实现测量，所述方法包括：
利用所述控制单元控制所述偏振片轮旋转；
利用所述CCD面阵探测器连续采集不同角度的二级偏振处理后出射光对应的强度图像；
利用所述数据采集处理单元，将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构，得到目标场景的高动态范围图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构之前，还包括：将每一个强度图像进行归一化处理。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用拉普拉斯金字塔融合方法执行所述将所述CCD面阵探测器采集的多个强度图像进行重构。
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2022
- 2022-05-06 CN CN202210483975.9A patent/CN114935579A/zh active Pending
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