一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及偏振光機(jī)理和應(yīng)用研究領(lǐng)域的圖像傳感器，特別涉及一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]早期的遙感主要采取垂直收集對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)二維信息，實(shí)踐證明，地表的大部分物體處在朗伯體與非朗伯體之間。隨著研究的深入，人們意識(shí)到目標(biāo)三維信息的重要性。光具有偏振特性，從地物反射信息中獲取偏振信息在表達(dá)暗目標(biāo)(或低照度)和人工建筑目標(biāo)方面有更豐富的內(nèi)涵，偏振完全可以作為遙感的另一維更有價(jià)值的信息來(lái)源，從而獲得地面目標(biāo)三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，使定量遙感成為可能。
[0003]光是電磁波，而且是橫波，因此光具有偏振特性。在光與地物相互作用的過(guò)程中，隨著地物的表面結(jié)構(gòu)、內(nèi)部特征及觀測(cè)角度的改變，光的偏振特性也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。光的這種改變會(huì)使地物的某些信息得到增強(qiáng)，從而可以更有效地鑒別地物。在自然界當(dāng)中，如水體表面，冰雪、沙漠、植被，經(jīng)反射后的光具有一定程度的偏振性，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，會(huì)發(fā)生散射偏振，故在實(shí)際的對(duì)地遙感過(guò)程中，大部分情況下進(jìn)入到傳感器中的光是部分偏振光。因此，從地物反射信息中獲取的偏振信息，可以更真實(shí)的反映地物的自身性質(zhì)。
[0004]目前國(guó)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:單光路分時(shí)系統(tǒng)、單光路實(shí)時(shí)系統(tǒng)、多光路分時(shí)系統(tǒng)、多光路實(shí)時(shí)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)存在著不同的不足之處。對(duì)于單光路分時(shí)系統(tǒng)，法國(guó)于八十年代后期研制出了用于測(cè)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(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)偏振成像功能。Franco is Goudail，Patrick Terrier,Yoshitate Takakura等人于2004年開發(fā)了一種基于液晶技術(shù)的被動(dòng)Stokes偏光計(jì)用于目標(biāo)探測(cè)，該探測(cè)器存在液晶穩(wěn)定性不高、易受復(fù)雜環(huán)境的影響、對(duì)溫度敏感等不足;對(duì)于單光路實(shí)時(shí)系統(tǒng)，Xiaojin Zhao和Amine Bermak等人于2010年發(fā)明了一種用于可見光范圍內(nèi)全Stokes矢量偏振成像的偏振計(jì)液晶陣列，該偏振計(jì)存在液晶穩(wěn)定性差、對(duì)溫度敏感、圖像在低分辨率下失真等不足;對(duì)于多光路分時(shí)系統(tǒng)，中科院安徽光機(jī)所研制了可調(diào)波段偏振CCD相機(jī)機(jī)載原理樣機(jī)，該系統(tǒng)存在反應(yīng)慢、無(wú)法實(shí)時(shí)成像、只能探測(cè)直線偏振光等缺陷；對(duì)于多光路實(shí)時(shí)系統(tǒng)，2002年SPIE年會(huì)上Craig A.Far low , DavidB.Chenau11, J.Larry Pezzaniti ,Kevin D.Spradley ,Mike G.Gulley等人公布了一種多光路實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在光路未封閉、易受環(huán)境光影響、應(yīng)用環(huán)境有限等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，具體方案是:一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，其特征在于包括:固定在殼體上的鏡頭，所述鏡頭的下方設(shè)置有調(diào)整好分光方向后鍥入殼體內(nèi)的非偏振分光棱鏡I，所述非偏振分光棱鏡I的右側(cè)設(shè)置有非偏振分光棱鏡II，所述非偏振分光棱鏡II的右側(cè)設(shè)置有中繼透鏡I，所述中繼透鏡I的右側(cè)設(shè)置有偏振片I，所述偏振片I的右側(cè)設(shè)置有相機(jī)I，在所述非偏振分光棱鏡II的下方設(shè)置有中繼透鏡II，在所述中繼透鏡II的下方設(shè)置有1/4波片，在所述波片的下方設(shè)置有偏振片11，在所述偏振片II的下方設(shè)置有相機(jī)II，在所述非偏振分光棱鏡I的下方設(shè)置有非偏振分光棱鏡III，所述非偏振分光棱鏡III的下方設(shè)置有中繼透鏡III，在所述中繼透鏡III的下方設(shè)置有偏振片III，在所述偏振片III的下方設(shè)置有相機(jī)III，在所述非偏振分光棱鏡III的左側(cè)面設(shè)置有中繼透鏡，在所述中繼透鏡的左側(cè)面設(shè)置有偏振片，在所述偏振片的左側(cè)面設(shè)置有相機(jī)。
[0006]該系統(tǒng)包括一個(gè)鏡頭、三個(gè)非偏振分光棱鏡、四個(gè)中繼透鏡、四個(gè)偏振片、一個(gè)I/4波片和四個(gè)相機(jī)。
[0007]本發(fā)明中的系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)物體圖像進(jìn)行連續(xù)捕捉，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集處理功能。同時(shí)，分光光路布局科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，在保證分光功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化，便于攜帶以及和其它的系統(tǒng)進(jìn)行集成。系統(tǒng)的拆裝性能良好，便于對(duì)光學(xué)器件的維護(hù)和更換。由于采用模塊化的布局，可以通過(guò)更換不同的鏡頭和相機(jī)對(duì)不同模式下的目標(biāo)進(jìn)行偏振圖像采集和分析，具有良好的擴(kuò)展性。本系統(tǒng)是研究目標(biāo)物體偏振性能較好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中拍攝的汽車偏振度圖像的示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中拍攝的汽車偏振角圖像的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述:
[0013]如圖1所示的一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，偏振成像系統(tǒng)是具有鏡頭、非偏振分光棱鏡、中繼透鏡、偏振片、1/4波片和相機(jī)等部件的一個(gè)完整系統(tǒng)。所有部件以殼體為基礎(chǔ)進(jìn)行裝配，實(shí)現(xiàn)了單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像功能。具體的方案是:鏡頭I固定在殼體上，鏡頭I的下方設(shè)置有調(diào)整好分光方向后鍥入殼體內(nèi)的非偏振分光棱鏡117，非偏振分光棱鏡II2調(diào)整好分光方向后鍥入殼體內(nèi)，位于非偏振分光棱鏡117的右方。非偏振分光棱鏡II2的右側(cè)設(shè)置有中繼透鏡13，中繼透鏡13的右側(cè)設(shè)置有偏振片14，所述偏振片14的右側(cè)設(shè)置有相機(jī)15，在所述非偏振分光棱鏡II2的下方設(shè)置有中繼透鏡116，在所述中繼透鏡116的下方設(shè)置有1/4波片7，在所述波片7的下方設(shè)置有偏振片118，在所述偏振片118的下方設(shè)置有相機(jī)II9，在所述非偏振分光棱鏡117的下方設(shè)置有非偏振分光棱鏡II113，所述非偏振分光棱鏡II113的下方設(shè)置有中繼透鏡11112，在所述中繼透鏡II112的下方設(shè)置有偏振片III U，在所述偏振片III 11的下方設(shè)置有相機(jī)III 10，在所述非偏振分光棱鏡III 13的左側(cè)面設(shè)置有中繼透鏡16，在所述中繼透鏡16的左側(cè)面設(shè)置有偏振片15，在所述偏振片15的左側(cè)面設(shè)置有相機(jī)14。
[0014]綜上描述可以知道該系統(tǒng)由I個(gè)鏡頭、3個(gè)非偏振分光棱鏡、4個(gè)中繼透鏡、4個(gè)偏振片、I個(gè)1/4波片和4個(gè)相機(jī)組成。
[0015]如圖2—圖3所示，本發(fā)明的工作原理:目標(biāo)物體發(fā)出或反射的光線通過(guò)鏡頭I進(jìn)入系統(tǒng);光線經(jīng)過(guò)非偏振分光棱鏡117被分為水平和豎直兩個(gè)方向，其中豎直方向的光線進(jìn)入非偏振分光棱鏡II113，水平方向的光線進(jìn)入非偏振分光棱鏡112 ;進(jìn)入非偏振分光棱鏡III13的光線被分為水平和豎直兩個(gè)方向，水平方向的光線經(jīng)過(guò)中繼透鏡16、偏振片15進(jìn)入相機(jī)14成像，豎直方向的光線經(jīng)過(guò)中繼透鏡11112、偏振片III 11進(jìn)入相機(jī)III 10成像;進(jìn)入非偏振分光棱鏡Π2的光線被分為水平和豎直兩個(gè)方向，水平方向的光線經(jīng)過(guò)中繼透鏡13、偏振片14進(jìn)入相機(jī)15成像，豎直方向的光線經(jīng)過(guò)中繼透鏡116、波片7、偏振片118進(jìn)入相機(jī)119成像。
[0016]該系統(tǒng)包括一個(gè)鏡頭、三個(gè)非偏振分光棱鏡、四個(gè)中繼透鏡、四個(gè)偏振片、一個(gè)I/4波片和四個(gè)相機(jī)。
[0017]其中，四個(gè)偏振片的偏振方向分別為0°、45°、90°、135°，目標(biāo)物體圖像通過(guò)鏡頭I進(jìn)入本系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)分光、起偏等光學(xué)過(guò)程，在四臺(tái)相機(jī)中分別以相對(duì)于基準(zhǔn)方向成0°、45°、90°、135°的偏振方向成像。之后通過(guò)一系列的圖像處理算法，將相機(jī)中的圖像采集、處理，最終得到目標(biāo)物體的原圖像、偏振度圖像、偏振角圖像和圓偏振態(tài)圖像。
[0018]本發(fā)明中的系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)物體圖像進(jìn)行連續(xù)捕捉，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集處理功能。同時(shí)，分光光路布局科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，在保證分光功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化，便于攜帶以及和其它的系統(tǒng)進(jìn)行集成。系統(tǒng)的拆裝性能良好，便于對(duì)光學(xué)器件的維護(hù)和更換。由于采用模塊化的布局，可以通過(guò)更換不同的鏡頭和相機(jī)對(duì)不同模式下的目標(biāo)進(jìn)行偏振圖像采集和分析，具有良好的擴(kuò)展性。本系統(tǒng)是研究目標(biāo)物體偏振性能較好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
[0019]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，其特征在于包括:固定在殼體上的鏡頭(I)，所述鏡頭(I)的下方設(shè)置有調(diào)整好分光方向后鍥入殼體內(nèi)的非偏振分光棱鏡I (17)，所述非偏振分光棱鏡I (17)的右側(cè)設(shè)置有非偏振分光棱鏡11(2)，所述非偏振分光棱鏡II (2)的右側(cè)設(shè)置有中繼透鏡1(3)，所述中繼透鏡1(3)的右側(cè)設(shè)置有偏振片1(4)，所述偏振片1(4)的右側(cè)設(shè)置有相機(jī)1(5)，在所述非偏振分光棱鏡11(2)的下方設(shè)置有中繼透鏡11(6)，在所述中繼透鏡11(6)的下方設(shè)置有1/4波片(7)，在所述波片(7)的下方設(shè)置有偏振片11(8)，在所述偏振片II(8)的下方設(shè)置有相機(jī)II(9)，在所述非偏振分光棱鏡I(17)的下方設(shè)置有非偏振分光棱鏡ΠΙ(13)，所述非偏振分光棱鏡111(13)的下方設(shè)置有中繼透鏡111(12)，在所述中繼透鏡111(12)的下方設(shè)置有偏振片111(11)，在所述偏振片III(Il)的下方設(shè)置有相機(jī)111(10)，在所述非偏振分光棱鏡111(13)的左側(cè)面設(shè)置有中繼透鏡(16)，在所述中繼透鏡(16)的左側(cè)面設(shè)置有偏振片(15)，在所述偏振片(15)的左側(cè)面設(shè)置有相機(jī)(14)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，其特征還在于:該系統(tǒng)包括一個(gè)鏡頭、三個(gè)非偏振分光棱鏡、四個(gè)中繼透鏡、四個(gè)偏振片、一個(gè)I/4波片和四個(gè)相機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)，偏振成像系統(tǒng)是具有鏡頭、非偏振分光棱鏡、中繼透鏡、偏振片、1/4波片和相機(jī)等部件的一個(gè)完整系統(tǒng)。所有部件以殼體為基礎(chǔ)進(jìn)行裝配，實(shí)現(xiàn)了單輸入四相機(jī)實(shí)時(shí)偏振成像功能。本發(fā)明中的系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)物體圖像進(jìn)行連續(xù)捕捉，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集處理功能。同時(shí)，分光光路布局科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，在保證分光功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化，便于攜帶以及和其它的系統(tǒng)進(jìn)行集成。系統(tǒng)的拆裝性能良好，便于對(duì)光學(xué)器件的維護(hù)和更換。由于采用模塊化的布局，可以通過(guò)更換不同的鏡頭和相機(jī)對(duì)不同模式下的目標(biāo)進(jìn)行偏振圖像采集和分析，具有良好的擴(kuò)展性。本系統(tǒng)是研究目標(biāo)物體偏振性能較好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【IPC分類】G01N21/21, G02B27/28
【公開號(hào)】CN105511096
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510904146
【發(fā)明人】褚金奎, 陳永臺(tái), 張然, 李雙亮
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日