將因此對普通的操作具有最小的影響，同時仍允許偏振測 定數(shù)據(jù)的采集。如在第三實施方式中那樣，向左或者右擺轉(zhuǎn)飛行器改變?yōu)V光器方位。
[0099] 圖16示出裝配在球形塔34內(nèi)部的偏振濾光器18。在不可行的情況下，偏振濾光 器18可以安裝在球形塔34的外部，使用適當?shù)恼髡忠允箽鈩幼枇ψ钚』?br>[0100] 另一個選項（附圖中未示出）是將偏振濾光器18安裝至球形塔34的一側(cè)，例如， 右舷側(cè)上。然后，以左向傾斜逆時針方向環(huán)繞目標的UAV可以獲取普通的非偏振的成像，但 是通過以右向傾斜順時針方向環(huán)繞目標，UAV可以獲取偏振的成像。在焦點平面上的不同 的位置觀察目標，同時改變UAV的俯仰角度，允許在不同的方位的偏振測量。
[0101] 到目前為止描述的實施方式以操縱交通工具的原理操作使得偏振濾光器的方位 在使用照相機使目標成像期間改變。其他實施方式以利用沒有專用的偏振濾光器的照相機 的光學性質(zhì)以確定場景中的偏振光的量的原理操作。根據(jù)一些實施方式，提供沒有使用偏 振濾光器確定來自場景中的一個或多個對象的偏振光的系統(tǒng)和方法。利用在不同的角度定 位的照相機獲取一系列圖像因此對象出現(xiàn)在照相機的焦點平面上的不同的位置。以非垂直 角度沖擊到透鏡上的光部分地反射，反射光平行于透鏡表面偏振和透射光垂直于透鏡表面 偏振。比較一系列的圖像，將發(fā)現(xiàn)看見每個偏振的對象的強度隨著它在焦點平面中的投射 的圖像的位置而變化。強度的這個變化顯示來自每個對象的偏振光。
[0102] 對于使用沒有偏振濾光器的照相機的典型的實施方式，系統(tǒng)包括：飛行器；機上 導航和控制系統(tǒng)，具有之前描述的性能；機上照相機，具有相對于飛行器的已知的方位；機 上控制系統(tǒng)，能夠控制照相機以在飛行器到達所選擇的位置時以所選擇的方位的其中之一 捕獲圖像；計算機（機上或者在地面上），編程以配準圖像和根據(jù)表示照相機的偏振度的特 征的存儲的數(shù)據(jù)計算目標的偏振值；和用于將照相機圖像傳遞至計算機的器件，。
[0103] 沒有使用偏振濾光器的實施方式采用表征照相機的偏振度（具體地，其繆勒矩陣 的兩個元素）關于角度的特性的器件和方法，使得照相機可以如在前段中描述的那樣使 用。照相機的偏振度的該特性涉及具有已知的角度和偏振度的偏振光源（通常在實驗室或 者工廠中使用）；照相機；計算機，被配置為接收來自照相機的圖像；和計算機上的軟件，用 于處理利用偏振光源和照相機產(chǎn)生的圖像以確定表示照相機的偏振度的繆勒矩陣元素。
[0104] 用于使用沒有附接的偏振濾光器的照相機采集偏振測定數(shù)據(jù)的方法的主要步驟 如下：
[0105] (1)通過測量或者通過計算，確定關于角度的照相機的偏振度（即，繆勒矩陣）。
[0106] (2)在表征照相機的偏振度之后，捕獲目標的一系列照相機圖像。照相機方位在相 繼的圖像之間改變，因此目標在照相機的焦點平面上的不同的點成像。對于一些應用，照相 機安裝至航空器。照相機的方位通過操縱航空器控制。
[0107] (3)捕獲的圖像數(shù)據(jù)然后從照相機傳輸至計算機。
[0108] (4)計算機然后處理圖像數(shù)據(jù)，使用照相機的繆勒矩陣來計算來自目標的光中的 偏振的量和角度。
[0109] 在公開依賴照相機的偏振度的表征的不同的實施方式之前，光偏振的方面的進一 步討論將是有幫助的。物理學家和工程師將電磁波的偏振描述為具有與電場振蕩的方向?qū)?應的兩個正交分量。在強偏振輻射中，這些分量的其中之一比其他分量強得多。天然的太 陽光是非偏振的，即，兩個偏振分量具有相等的幅度。
[0110] 眾所周知在透明的表面的部分反射可以將一束光分為兩束，每一束部分地或者完 全地偏振。這個可以通過使光以斜角穿過平板玻璃表明。圖17A示出在光以垂直入射撞擊 由玻璃制成的平板40時沒有偏振。圖17B示出以傾斜入射的s偏振光的強反射，這增加透 射波束中的P偏振光的比例。僅示出第一表面反射。實際上，也存在來自背后表面的反射。 圖17A和圖17B (及其他圖形）遵循將兩個偏振分量命名為s和p的共有設定，每個被命名 為其自身所平行的部分：s平行于表面（Surface)和p平行于入射平面（Plane)。在圖形 中，P偏振光通過表示頁面的平面中的矢量的箭頭示出和s偏振光通過表示垂直于頁面的 矢量的圓圈示出。每個偏振分量的強度通過每個箭頭的長度或者每個圓圈的直徑表示。在 入射角度接近0°沒有沖擊時（圖17B中描述的情形），從每個表面反射的光大部分是s偏 振。在入射波束入射角度接近〇°沒有沖擊時，保留在透射波束中的光在s分量上稍微減少 并且因此稍微更多地被P偏振。兩個分量的比率取決于入射角度和玻璃的折射率?？梢允?用菲涅耳方程計算出平行和垂直于表面的波形的反射和傳輸?shù)南禂?shù)幅值。對于任何入射角 度S i，菲涅耳方程如下出現(xiàn)：
【主權項】
1. 一種用于確定場景的偏振的方法，包括： 步驟（a)將線性偏振濾光器放置在包括透鏡和傳感器陣列的照相機的視域中； 步驟（b)在單個位置附近相繼地以三個不同的方位設置所述照相機和所述線性偏振 濾光器，對于每個所述方位，所述場景均在所述照相機視域內(nèi)； 步驟（c)在所述照相機和所述線性偏振濾光器位于所述三個不同的方位時，分別捕獲 第一至第三濾光后的圖像； 步驟（d)將分別表示所述第一至第三濾光后的圖像的第一至第三組成像數(shù)據(jù)從所述 照相機傳輸至計算機系統(tǒng)；以及 步驟（e)根據(jù)所述第一至第三組成像數(shù)據(jù)計算所述場景中的至少一個點的偏振。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在交通工具上安裝所述照相機和所述線性 偏振濾光器，其中，所述步驟（b)包括操縱所述交通工具。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述交通工具是無人駕駛交通工具。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述三個不同的方位的前兩個方位中的繞所述 照相機的視線相對于參考位的各自的角度相差45°的奇數(shù)整數(shù)倍，而所述三個不同的方位 的后兩個方位中的繞所述照相機的所述視線相對于參考位的各自的角度相差90°。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在進行所述步驟（e)之前相對于彼此配準 所述第一至第三組成像數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述步驟（e)包括計算斯托克斯參數(shù)。
7. -種用于獲取場景的圖像的系統(tǒng)，包括： 無人駕駛交通工具； 照相機，在所述無人駕駛交通工具上，所述照相機包括透鏡和傳感器陣列； 第一線性偏振濾光器，設置在所述傳感器陣列的至少第一部分的前方； 無人駕駛交通工具控制系統(tǒng)，能夠控制所述無人駕駛交通工具執(zhí)行操縱，所述無人駕 駛交通工具控制系統(tǒng)包括硬件和軟件，所述無人駕駛交通工具控制系統(tǒng)的所述軟件被配置 為控制所述無人駕駛交通工具在第一次、第二次和第三次出現(xiàn)中的每一次出現(xiàn)時以彼此不 同的第一、第二和第三方位將自身設置在指定位置或者接近指定位置，但是在每個所述方 位，所述場景在所述照相機的視域內(nèi)；以及 照相機控制系統(tǒng)，設置在所述無人駕駛交通工具上，并能夠控制所述照相機以捕獲圖 像，所述照相機控制系統(tǒng)包括硬件和軟件，所述照相機控制系統(tǒng)的所述軟件被配置為控制 所述照相機以分別在所述第一次、第二次和第三次出現(xiàn)期間捕獲目標場景的第一、第二和 第三圖像，然后輸出分別表示所述第一、第二和第三圖像的第一、第二和第三組成像數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括：成像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠處理成像數(shù)據(jù)， 所述成像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括硬件和軟件，所述成像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的所述軟件被配置為相對 于彼此配準所述第一、第二和第三組成像數(shù)據(jù)，并且計算所成像的場景的偏振值。
9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述偏振值包括斯托克斯參數(shù)。
10. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述無人駕駛交通工具包括窗口，進一步包括 被安裝至所述無人駕駛交通工具的萬向架，所述照相機耦接至所述萬向架，并且所述線性 偏振濾光器附接至所述窗口。
11. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括安裝至所述無人駕駛交通工具的萬向架， 其中，所述照相機能旋轉(zhuǎn)地耦接至所述萬向架，以用于繞平行于所述照相機的光軸的軸旋 轉(zhuǎn)，并且所述線性偏振濾光器附接至所述照相機。
12. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一至第三方位中的至少兩個方位的繞所 述照相機的視線相對于參考位的各自的角度相差45°的整數(shù)倍數(shù)。
13. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，進一步包括設置在所述傳感器陣列的第二部分的前 方的第二線性偏振濾光器，其中，所述第一和第二線性偏振濾光器中的一個是水平偏振的， 所述第一和第二線性偏振濾光器中的另一個是垂直偏振的。
【專利摘要】本公開涉及一種用于測量圖像中的偏振光的系統(tǒng)和方法，特別是涉及一種能夠使用有或者沒有偏振濾光器的單個照相機采集偏振測定數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。在使用偏振濾光器時，數(shù)據(jù)獲取方法包括：(1)操縱飛行器(或者其他交通工具)以在捕獲圖像時在不同的方向定位偏振濾光器(和照相機)，(2)彼此配準不同的圖像，和(3)計算圖像中的關注的點的偏振測定值(諸如斯托克斯參數(shù))。在未使用偏振濾光器時，數(shù)據(jù)獲取方法包括操縱飛行器(或者其他交通工具)以在捕獲圖像時在不同的方向定位照相機然后進行相同的操作(2)和(3)。這些方法通過在不同的角度拍攝多個照相機圖像來測量給定的場景中的偏振的量。
【IPC分類】G01J4-00
【公開號】CN104833424
【申請?zhí)枴緾N201510064791
【發(fā)明人】布賴恩·J·蒂洛森, 珍妮弗·K·貝爾尼
【申請人】波音公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年2月6日
【公告號】CA2870718A1, EP2905590A1, US20150219498