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专利号: 2021107040298
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:包括前置光学子系统(1)、可见光及短波红外偏振成像子系统(2)、中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)、图像采集及处理子系统(4)以及电路控制子系统(5),所述前置光学子系统(1)、可见光及短波红外偏振成像子系统(2)、中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)共同装载于同一平面上,前置光学子系统(1)的出射光线分别入射进可见光及短波红外偏振成像子系统(2)以及中波红外及长波红外偏振成像子系统(3);所述可见光及短波红外偏振成像子系统(2)的光轴与中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)的光轴平行,并且可见光及短波红外偏振成像子系统(2)与中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)且并排排列;所述图像采集处理子系统(4)包括图像处理单元(41)和图像显示单元(42);所述图像处理单元(41)分别与前置光学子系统(1)、可见光及短波红外偏振成像子系统(2)、中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)以及图像显示单元(42)电性连接;所述电路控制子系统(5)分别与可见光及短波红外偏振成像子系统(2)以及中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)电性连接,电路控制子系统(5)包括偏振调制控制单元(51)和波长调制控制单元(52);所述偏振调制控制单元(51)通过控制电压来控制可见光及短波红外偏振成像子系统(2)以及中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)中各偏振片的旋转或者偏振调制单元的相位延迟;所述波长调制单元(52)通过控制电压来完成可见光及短波红外偏振成像子系统(2)中各声光波长调制单元对波长进行选择。

2.根据权利要求1所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:所述前置光学子系统(1)包括望远光学单元(11)、分光单元Ⅰ(12)以及反射镜单元Ⅰ(13);所述望远光学单元(11)与分光单元Ⅰ(12)横向串行排列且同光轴,所述分光单元Ⅰ(12)与反射镜单元Ⅰ(13)纵向串行排列且同光轴;光线从望远光学单元(11)进入系统后经分光单元Ⅰ(12)分为两束,一束进入可见光及短波红外偏振成像子系统(2),另一束经反射镜单元Ⅰ(13)折转后进入中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)。

3.根据权利要求1所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:所述可见光及短波红外偏振成像子系统(2)包括分光单元Ⅱ(21)、反射镜单元Ⅱ(22)、偏振调制单元Ⅰ(23)、偏振调制单元Ⅱ(24)、波长调制单元Ⅰ(25)、成像透镜单元Ⅰ(26)、可见光偏振探测器(27)、偏振调制单元Ⅲ(28)、偏振调制单元Ⅳ(29)、波长调制单元Ⅱ(210)、成像透镜单元Ⅱ(211)和短波红外偏振探测器(212);所述分光单元Ⅱ(21)、偏振调制单元Ⅰ(23)、偏振调制单元Ⅱ(24)、波长调制单元Ⅰ(25)、成像透镜单元Ⅰ(26)以及可见光偏振探测器(27)依次横向串行排列且同光轴,分光单元Ⅱ(21)与反射镜单元Ⅱ(22)纵向串行排列;所述反射镜单元Ⅱ(22)、偏振调制单元Ⅲ(28)、偏振调制单元Ⅳ(29)、波长调制单元Ⅱ(210)、成像透镜单元Ⅱ(211)以及短波红外偏振探测器(212)依次横向串行排列且同光轴;所述偏振调制单元Ⅰ(23)、偏振调制单元Ⅱ(24)、偏振调制单元Ⅲ(28)以及偏振调制单元Ⅳ(29)分别与偏振调制控制单元(51)电性连接;所述波长调制单元Ⅰ(25)以及波长调制单元Ⅱ(210)分别与波长调制单元(52)电性连接。

4.根据权利要求3所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:所述波长调制单元Ⅰ(25)和波长调制单元Ⅱ(210)均为声光可调滤波器或液晶可调滤波器。

5.根据权利要求3所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:所述偏振调制单元Ⅰ(23)、偏振调制单元Ⅱ(24)、偏振调制单元Ⅲ(28)以及偏振调制单元Ⅳ(29)均为液晶相位延迟器。

6.根据权利要求1所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:所述中波红外及长波红外偏振成像子系统(3)包括分光单元Ⅲ(31)、反射镜单元Ⅲ(32)、偏振片Ⅰ(33)、滤光片Ⅰ(34)、成像透镜单元Ⅲ(35)、中波红外偏振探测器(36)、偏振片Ⅱ(37)、滤光片Ⅱ(38)、成像透镜单元Ⅳ(39)以及长波红外偏振探测器(310);所述分光单元Ⅲ(31)、反射镜单元Ⅲ(32)、偏振片Ⅰ(33)、滤光片Ⅰ(34)、成像透镜单元Ⅲ(35)以及中波红外偏振探测器(36)依次横向串行排列且同光轴,所述分光单元Ⅲ(33)与反射镜单元Ⅲ(34)纵向串行排列;所述反射镜单元Ⅲ(34)、偏振片Ⅱ(37)、滤光片Ⅱ(38)、成像透镜单元Ⅳ(39)以及长波红外偏振探测器(310)依次横向串行排列且同光轴。

7.基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试方法,根据权利要求1所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置,其特征是:包括以下步骤,并且以下步骤顺次进行,

步骤一、将目标物体置于所述基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试装置的零视距处;

步骤二、打开可见光偏振探测器(27),电路控制子系统(5)在波长调制单元Ⅰ(25)上分别施加不同的电压以完成波长选择,针对每一波长,电路控制子系统(5)同时在偏振调制单元Ⅲ(28)以及偏振调制单元Ⅳ(29)上施加四组不同的电压,使得偏振调制单元Ⅲ(28)以及偏振调制单元Ⅳ(29)产生4个不同的相位延迟,相对应的在可见光偏振探测器(27)上获取四幅不同的偏振图像,经图像处理单元(41)进行数据处理后在显示单元(42)上得到可见光波段的四个偏振分量、偏振度、偏振角、线偏振、圆偏振图像;

步骤三、打开短波红外偏振探测器(212),电路控制子系统(5)在波长调制单元Ⅱ(210)上分别施加不同的电压以完成波长选择,针对每一波长,电路控制子系统(5)同时在两片偏振调制单元上施加四组不同的电压,使得两片偏振调制单元产生4个不同的相位延迟,相对应的在短波红外偏振探测器(212)上获取四幅不同的偏振图像,经图像处理单元(41)进行数据处理最终,在显示单元(42)上得到短波红外波段的四个偏振分量、偏振度、偏振角、线偏振、圆偏振图像;

步骤四、打开中波红外偏振探测器(36),电路控制子系统(5)控制线栅偏振片Ⅰ(33)分别旋转0°、45°、90°、135°,并在中波红外偏振探测器(36)上采集到相应的偏振图像,经图像处理单元(41)进行数据处理最终在显示单元(42)上得到中波红外波段的四个偏振分量、偏振度、偏振角、线偏振、圆偏振图像;

步骤五、打开长波红外偏振探测器(310),电路控制子系统(5)控制线栅偏振片Ⅱ(37)分别旋转0°、45°、90°、135°,并在长波红外偏振探测器(310)采集到相应的偏振图像,经图像处理单元(41)进行数据处理最终在显示单元(42)上得到长波红外波段的四个偏振分量、偏振度、偏振角、线偏振、圆偏振图像;

步骤六、将目标物按照设定的视距进行放置,并分别对目标物成像,目标物与实验装置之间为模拟设定特定环境,重复步骤二至步骤五,获得设定视距下特定环境的各个谱段的四个偏振分量、偏振度、偏振角、线偏振、圆偏振图像;

步骤七、通过对比度以及空间频率的表征公式,利用MATLAB软件计算,分别获得零视距处和设定视距处偏振图像目标与背景的对比度和空间频率,将各设定视距下偏振图像目标与背景的对比度、空间频率与零视距处这两个参量分别进行对比,图像的空间频率数值越大视觉上表现为对比度越高,对比度越高,偏振成像系统对目标的识别和探测能力就越强,则对应谱段的偏振光在复杂介质中传输特性越好,对可见光、短波红外、中波红外以及长波红外光在特定环境中传输特性的测量完成。

8.根据权利要求7所述的基于被动成像的多谱段偏振光传输特性测试方法,其特征是:所述特定环境包括海雾、陆雾、海陆雾、山谷雾、城市雾、极雾、大气或湍流。