本發(fā)明屬于偏振光機(jī)理和應(yīng)用研究領(lǐng)域的圖像傳感器，特別涉及一種分焦面型實時偏振成像系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

目前的成像探測系統(tǒng)主要通過記錄光強(qiáng)，波長等信息，對光的偏振信息卻無法獲取。隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識到偏振信息在增強(qiáng)圖像的對比度，以及邊緣信息方面發(fā)揮著重要的作用。光具有偏振特性，從物體反射信息中獲取偏振信息在增強(qiáng)對比度等方面有著更豐富的內(nèi)涵，同時光照到不同物體上反射的偏振光信息不同，偏振完全可以作為成像探測的另一維更具價值的信息來源，從而使識別不同物體成為可能。

光是電磁波，而且是橫波，因此光具有偏振特性。在光與物體相互作用的過程中，隨著物體的表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部特征及觀測角度的改變，光的偏振特性也會發(fā)生相應(yīng)的變化。光的這種改變會使物體的某些信息得到增強(qiáng)，從而可以更有效地鑒別物體。由于人造物體與自然物體本身屬性的差異，以及不同物體之間自身屬性的差異，經(jīng)反射后的光具有不同程度的偏振性。同時太陽光經(jīng)過大氣時發(fā)生散射，實際上大部分情況下進(jìn)入到傳感器中的光是部分偏振光。因此，從物體反射信息中獲取的偏振信息，可以更真實的反映物體的自身性質(zhì)。

目前國內(nèi)外用于目標(biāo)物體偏振特性研究的系統(tǒng)主要分為四類：分時型系統(tǒng)、分振幅型實時系統(tǒng)、分孔徑型實時系統(tǒng)、分焦面型實時系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)存在著不同的不足之處。對于分時型系統(tǒng)，法國于八十年代后期研制出了用于測量地球發(fā)射光譜偏振和方向性的polder儀，此系統(tǒng)采用機(jī)械分光，無法實現(xiàn)實時偏振成像功能；craiga.farlow,davidb.chenault等人于2002年開發(fā)了一種可見與近紅外波段分振幅型被動stokes偏振成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)非常復(fù)雜，而且對光學(xué)器件等的裝配要求非常高；對于分孔徑型實時系統(tǒng)，j.larrypezzaniti,davidb.chenault等人開發(fā)了一種中波段紅外全stokes矢量偏振成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)會導(dǎo)致空間分辨率下降，而且系統(tǒng)的體積和重量較大；對于分焦面型實時偏振系統(tǒng)，4dtechnology公司開發(fā)了一種針對可見光波段分焦面偏振成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)加工制造的難度較大，而且將偏振陣列與ccd像元精確對齊非常困難，而且會造成分辨率下降。

針對以上系統(tǒng)存在的不足，特設(shè)計發(fā)明了本系統(tǒng)。本系統(tǒng)屬于分焦面型實時偏振系統(tǒng)類型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足——制造集成有焦平面陣列的ccd像元困難，且無法對目標(biāo)物體的原圖像、線偏振度圖像、偏振角圖像實現(xiàn)多模態(tài)實時成像，采用了一套全新的偏振成像系統(tǒng)來實現(xiàn)實時偏振成像功能。目標(biāo)物體的原始圖像經(jīng)過鏡頭成像于分焦面偏振陣列，進(jìn)而形成原始圖像的分焦面多方向偏振圖像，然后中繼透鏡將分焦面多方向偏振圖像進(jìn)行焦平面外延，將偏振圖像傳遞給相機(jī)焦平面，最終在相機(jī)中成像。通過對相機(jī)中的偏振圖像進(jìn)行實時處理，可解算原始圖像線偏振度和偏振角等信息。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種分焦面型實時偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，包括沿直線依次排列的鏡頭、偏振陣列、中繼透鏡和相機(jī)；

所述偏振陣列位于所述中繼透鏡的前焦點所在焦平面內(nèi)；

工作狀態(tài)時，入射光通過所述鏡頭、所述偏振陣列，所述中繼透鏡將像成在所述相機(jī)上。通過此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一次輸入實時測量線偏振光。

所述偏振陣列包括多個呈矩陣排列的偏振單元，所述偏振單元由0°，45°，90°，135°四個方向的像元組成。

所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元以所述偏振單元左上角為起點順時針排列，所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元均為正方形像元。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明能夠?qū)δ繕?biāo)物體圖像進(jìn)行連續(xù)捕捉，實現(xiàn)實時采集處理功能；

2、本發(fā)明布局科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊；

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，小型化的特征，便于攜帶，同時便于與其它系統(tǒng)的集成；

4、本發(fā)明裝配簡單，便于平時的維護(hù)與更換；

5、本發(fā)明采用模塊化的布局，可以通過更換鏡頭、偏振陣列和相機(jī)對不同模式下的目標(biāo)進(jìn)行偏振圖像的采集和分析，具有良好的擴(kuò)展性；

6、本發(fā)明是研究目標(biāo)物體偏振性能較好的實驗平臺。

基于上述理由本發(fā)明可在偏振光機(jī)理和應(yīng)用研究等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本發(fā)明的具體實施方式中一種分焦面型實時偏振成像系統(tǒng)的光路原理圖。

圖2是本發(fā)明的具體實施方式中偏振陣列的分布模式圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，一種分焦面型實時偏振成像系統(tǒng)，包括沿直線依次排列的鏡頭1、偏振陣列2、中繼透鏡3和相機(jī)4；

所述偏振陣列2位于所述中繼透鏡3的前焦點所在焦平面內(nèi)；

所述偏振陣列2包括多個呈矩陣排列的偏振單元，所述偏振單元由0°，45°，90°，135°四個方向的像元5組成。

所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元5以所述偏振單元左上角為起點順時針排列，所述0°，45°，90°，135°四個方向的像元5均為正方形像元。

工作狀態(tài)時，入射光通過所述鏡頭1、所述偏振陣列2，所述中繼透鏡3將像成在所述相機(jī)4上。

工作原理如下：

目標(biāo)物體6的原始圖像通過鏡頭1成像于分焦面偏振陣列2，進(jìn)而獲取原始圖像的分焦面多方向偏振圖像7，分別記錄圖像的0°，45°，90°，135°方向的光線信息，然后中繼透鏡3將分焦面多方向偏振圖像7進(jìn)行焦平面外延，將偏振圖像7傳遞給相機(jī)4焦平面，最終在相機(jī)4中成像8，之后通過一系列的圖像處理算法，將相機(jī)4中的像8采集、處理、最終得到目標(biāo)物體6的原圖像、線偏振度圖像和偏振角圖像等信息。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種分焦面型實時偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，包括沿直線依次排列的鏡頭、偏振陣列、中繼透鏡和相機(jī)；所述偏振陣列位于所述中繼透鏡的前焦點所在焦平面內(nèi)。本發(fā)明能夠?qū)δ繕?biāo)物體圖像進(jìn)行連續(xù)捕捉，實現(xiàn)實時采集處理功能；布局科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊；結(jié)構(gòu)簡單，小型化的特征，便于攜帶，同時便于與其它系統(tǒng)的集成；裝配簡單，便于平時的維護(hù)與更換；采用模塊化的布局，可以通過更換鏡頭、偏振陣列和相機(jī)對不同模式下的目標(biāo)進(jìn)行偏振圖像的采集和分析，具有良好的擴(kuò)展性，是研究目標(biāo)物體偏振性能較好的實驗平臺。

技術(shù)研發(fā)人員：張然;吳晨奇;褚金奎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.08.04