本實(shí)用新型涉及一種基于條帶濾光片的機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀，涉及到基于多光譜和偏振圖像信號(hào)獲取的信息遙感領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在航空信息遙感領(lǐng)域，光譜和偏振檢測(cè)把信息量從光強(qiáng)度空間分布拓展成為更高維度，包括光強(qiáng)、光譜、空間、偏振方向角和偏振度等信息。能夠提高目標(biāo)探測(cè)和地物識(shí)別的準(zhǔn)確度，傳統(tǒng)的彩色成像設(shè)備，實(shí)用三色RGB的濾光片，實(shí)際航空遙感目標(biāo)識(shí)別中需要更多及更窄帶的濾光片，這些遙感已經(jīng)在國土測(cè)繪和軍事等方面得到應(yīng)用，諸如植被狀態(tài)感知、非侵入生物成像。但現(xiàn)有儀器普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真正得到實(shí)際利用的光譜濾光部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于實(shí)際儀器提供的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致重量增加，不利于輕型旋翼無人飛機(jī)攜載。另一方面偏振光發(fā)射需要多樣化，同時(shí)對(duì)偏振反射光的選擇也需要多樣化，以便得到精確的目標(biāo)識(shí)別效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有信息遙感系統(tǒng)技術(shù)的不足，而提供一種解決現(xiàn)有信息遙感技術(shù)存在的繁冗復(fù)雜問題的機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀，其特征在于：包括結(jié)構(gòu)光發(fā)射模塊、遙感光線偏振狀態(tài)選擇模塊以及圖像獲取模塊；所述結(jié)構(gòu)光發(fā)射模塊包括線結(jié)構(gòu)光源以及推掃部分，所述推掃部分用于在整個(gè)視野內(nèi)對(duì)經(jīng)所述線結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行導(dǎo)向掃描；所述遙感光線偏振狀態(tài)選擇模塊包括光偏振預(yù)先處理部分、接收光偏振部分和條帶式多光譜部分，所述接收光偏振部分用于回波光的偏振選擇，所述條帶式多光譜部分由多個(gè)濾光波段不同的濾光片組成用于過濾不同波段的回波光；所述圖像獲取模塊用于獲取經(jīng)所述條帶式多光譜部分過濾后的回波光；所述推掃部分的掃描方向與線結(jié)構(gòu)光源的結(jié)構(gòu)光垂直向。

所述光偏振預(yù)先處理部分包括用于在所述結(jié)構(gòu)光一次視野掃描過程中保持偏振狀態(tài)不變的液晶玻片，所述液晶玻片在不同批次視野掃描采取不同偏振態(tài)。

所述圖像獲取模塊包括第一機(jī)載相機(jī)和第二機(jī)載相機(jī)。

所述推掃部分的導(dǎo)向掃描方向是從左至右或從右至左。

在一次圖像獲取中，通過第一機(jī)載相機(jī)和第二機(jī)載相機(jī)信息，獲得兩個(gè)偏振方向上遙 感目標(biāo)圖像信息。通過三個(gè)不同角度偏振信息，結(jié)合Mueller矩陣反演出每個(gè)像素點(diǎn)的stokes分量。這種結(jié)構(gòu)適用于機(jī)載遙感，一次兩個(gè)垂直方向的偏振信息使得解算更為魯棒。

隨著飛行器的行進(jìn)，通過條帶式多光譜濾鏡這種簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)，可以獲取視野內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)的多光譜信息。簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)適合于小型無人機(jī)機(jī)載測(cè)量。

主動(dòng)寬帶線結(jié)構(gòu)光源通過前置偏振濾鏡，實(shí)現(xiàn)發(fā)射光的預(yù)處理，有利于遙感圖像表示。

本實(shí)用新型明確了前行速度、高度、機(jī)載相機(jī)幀率等變量間的函數(shù)關(guān)系，并給出了發(fā)射光與接收光角度方向間夾角要求。

附圖說明

圖1是機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是主動(dòng)模式下的工作流程示意圖；

圖3是被動(dòng)模式下的工作流程示意圖；

圖4是探測(cè)全流程諸元相互作用示意圖；

圖5是攝像視野中的主動(dòng)探測(cè)結(jié)構(gòu)光和條帶多光譜濾光組合示意圖；

1----掃描寬帶線結(jié)構(gòu)光；2,3,4,5----四個(gè)不同波長的條帶濾光片；6----機(jī)載相機(jī)視野。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明：

如圖1所示，本實(shí)用新型一種機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀，包括結(jié)構(gòu)光發(fā)射模塊、遙感光線偏振狀態(tài)選擇模塊以及圖像獲取模塊。其中，結(jié)構(gòu)光發(fā)射模塊包括線結(jié)構(gòu)光源以及推掃部分，推掃部分用于在整個(gè)視野內(nèi)對(duì)經(jīng)線結(jié)構(gòu)光源發(fā)出的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行導(dǎo)向掃描，推掃部分包括一套用于導(dǎo)向的推掃機(jī)構(gòu)，推掃部分的導(dǎo)向掃描方向是從左至右或從右至左；遙感光線偏振狀態(tài)選擇模塊包括光偏振預(yù)先處理部分、接收光偏振部分和條帶式多光譜部分，接收光偏振部分用于回波光的偏振選擇，條帶式多光譜部分由多個(gè)濾光波段不同的濾光片組成用于過濾不同波段的回波光；圖像獲取模塊用于獲取經(jīng)條帶式多光譜部分過濾后的回波光；推掃部分的掃描方向與線結(jié)構(gòu)光源的結(jié)構(gòu)光垂直向。圖像獲取模塊包括第一機(jī)載相機(jī)和第二機(jī)載相機(jī)。入射光偏振預(yù)處理模塊包括用于在結(jié)構(gòu)光一次視野掃描過程中保持偏振狀態(tài)不變的液晶玻片，液晶玻片在不同批次視野掃描采取不同偏振態(tài)。

機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀工作模式包括主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。

其中主動(dòng)模式下的工作如圖2所示，步驟是：

步驟一：寬帶線結(jié)構(gòu)光發(fā)射，發(fā)射光穿過液晶偏振預(yù)先處理模塊，然后從左至右或從 右至左，結(jié)構(gòu)光在推掃機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向下掃描整個(gè)視野，在一次結(jié)構(gòu)光視野掃描過程中保持偏振角度等狀態(tài)不變，不同批次視野掃描采取不同偏振態(tài)。

步驟二：發(fā)射光在機(jī)載遙感目標(biāo)處反射，反射光返回到接收光偏振鏡模塊，接收光偏振鏡模塊也含前置液晶偏振模塊，進(jìn)行回波光的偏振選擇。

步驟三：偏振選擇后的回波光經(jīng)過條帶式多光譜濾光片，多個(gè)濾光片一起占據(jù)視場(chǎng)，彼此濾光波段不同，導(dǎo)致在視場(chǎng)的不同條帶部位濾光后波段不同。

步驟四：偏振濾光選擇后的光進(jìn)入機(jī)載相機(jī)，機(jī)載相機(jī)信號(hào)在采集卡中處理，直接給出一定時(shí)滯后的多光譜圖像輸出。

被動(dòng)模式下的工作如圖3所示，步驟如下：

步驟一：借助日光在機(jī)載遙感目標(biāo)處照射，反射光返回到接收光偏振模塊，接收光偏振模塊也是液晶偏振模塊，進(jìn)行回波光的偏振選擇。

步驟二：偏振選擇后的回波光經(jīng)過條帶式多光譜濾光片，多個(gè)濾光片一起構(gòu)成視場(chǎng)，彼此濾光波段不同，導(dǎo)致在視場(chǎng)的不同條帶部位濾光后波段不同。

步驟三：偏振濾光選擇后的光進(jìn)入機(jī)載相機(jī)，機(jī)載相機(jī)信號(hào)在采集卡中處理，直接給出一定時(shí)滯后的多光譜圖像輸出。

通過選擇成像獲取光線的偏振狀態(tài)和波段，可增強(qiáng)目標(biāo)遙感識(shí)別能力。機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀主要包括結(jié)構(gòu)光發(fā)射、遙感光線偏振狀態(tài)選擇和波段選擇和圖像獲取模塊三個(gè)部分組成。

機(jī)載偏振多光譜遙感成像儀發(fā)射部分主要由寬頻段線結(jié)構(gòu)光源、推掃部分組成。遙感光線偏振狀態(tài)選擇和波段選擇部分包括發(fā)射光偏振預(yù)先處理、接收光偏振模塊、條帶式多光譜模塊。圖像獲取模塊包括第一機(jī)載相機(jī)和第二機(jī)載相機(jī)組成。

圖4是探測(cè)全流程諸元相互作用示意圖。首先主動(dòng)發(fā)射寬帶結(jié)構(gòu)光，在推掃機(jī)構(gòu)作用，經(jīng)過液晶偏振片后掃描覆蓋視野內(nèi)目標(biāo)，地面目標(biāo)反射，一部分經(jīng)過偏振片和條帶濾光片組后達(dá)到第一機(jī)載相機(jī),另外一部分直接到達(dá)第二機(jī)載相機(jī)。由于地面目標(biāo)反射光中間圓偏振光可忽略不計(jì)，其中第一機(jī)載相機(jī)的偏振片方向?yàn)棣两牵瑑蓹C(jī)載相機(jī)獲取圖像之差偏振方向?yàn)棣?90°角。

如圖5所示，1表示的是掃描寬帶線結(jié)構(gòu)光形狀，在推掃機(jī)構(gòu)作用下掃描覆蓋視野內(nèi)目標(biāo)；2,3,4,5代表了幾個(gè)不同波長的條帶濾光片的形狀，目標(biāo)每個(gè)像素都要經(jīng)過這組不同 波長的條帶濾光片，表示的是多個(gè)濾光片彼此獨(dú)立組合起來共同充滿視野；6代表攝像頭視野形狀。寬帶線結(jié)構(gòu)光與條帶濾光片相互垂直，寬帶線結(jié)構(gòu)光掃描方向與條帶濾光片長度方向一致。

任意光波狀態(tài)都可用包含四個(gè)分量的stokes矢量來表示：

其中I是總光強(qiáng)，Q是水平和垂直方向線偏振分量差，U表示45°和135°方向線偏振分量差值，V是右旋圓偏振分量和左旋圓偏振分量差值。

實(shí)際航空遙測(cè)中，反射光主要為線偏振光，圓偏振光分量可忽略不計(jì)。

偏振片轉(zhuǎn)過角度時(shí)的Mueller矩陣表示為：

旋轉(zhuǎn)到這個(gè)角度偏振片出射光波的stokes矢量表示如下：

采用旋轉(zhuǎn)三個(gè)偏振檢測(cè)角度的方法得到stokes參數(shù)I、Q、U。

被測(cè)光波的線偏振度P和偏振方向角θ為：

根據(jù)上述公式求得多角度多波段偏振度來表征地面遙感目標(biāo)。

地面目標(biāo)一部分到達(dá)含偏振片的機(jī)載相機(jī),另外一部分到達(dá)無偏振片的機(jī)載相機(jī)。由于地面目標(biāo)反射光中圓偏振光部分很少，可忽略不計(jì)，其中含偏振片相機(jī)偏振片方向?yàn)棣两?，兩相機(jī)獲取圖像之差偏振方向?yàn)棣?90°角。