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专利号: 2023101662677
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:

1.一种穆勒矩阵同步测量系统,其特征在于,包括偏振光发射装置(1)、海雾发生装置(2)和偏振光接收装置(3);

所述偏振光发射装置(1)用于发射偏振光,将偏振光传递至所述海雾发生装置(2);所述海雾发生装置(2)用于模拟海雾环境下的传输信道进行偏振光传输;所述偏振光接收装置(3)用于偏振光接收,进行偏振信息收集;

所述海雾发生装置(2)包括沿偏振光传输方向依次连接的多层海雾箱以及排空装置,所述多层海雾箱用于容纳悬浮的海雾粒子,模拟室内真实海雾环境,所述偏振光在多层海雾箱中传输,并被所述偏振光接收装置(3)接收,所述排空装置用于在测量后排空海雾粒子;

所述偏振光接收装置(3)包括光束接收模块、分光模块、偏振分析模块、穆勒矩阵成像模块、光功率计(328)、仪器控制模块(329)、图像处理与储存模块(330)以及电源模块(331);

所述偏振光经过所述光束接收模块进入偏振光接收装置(3),通过所述分光模块分成不同光束,其中一束被光功率计(328)所接收,用以计算海雾发生装置(2)内的光学厚度,其余光束被所述偏振分析模块和穆勒矩阵成像模块接收,所述仪器控制模块(329)用于调整穆勒矩阵成像模块,使其达到实验要求的线偏振光或圆偏振光;所述图像处理与储存模块(330)用于处理与储存来自穆勒矩阵成像模块生成的图像;所述电源模块(331)为仪器控制模块(329)和图像处理与储存模块(330)供电;

所述光束接收模块包括第五光学窗口(31)、缩束器(32)和第二准直器(33),所述光束通过第五光学窗口(31)进入后,经过所述缩束器进行缩束,所述第二准直器(33)用于将光束整形并沿光轴进行传输;

所述分光模块包括第一分光棱镜(34)、450nm滤光片(35)、第二分光棱镜(36)、第三分光棱镜(312)、550nm滤光片(313)、第四分光棱镜(314)、第五分光棱镜(320)、650nm滤光片(321)和第六分光棱镜(322);所述偏振分析模块包括第一偏振分析仪(37)、第二偏振分析仪(315)和第三偏振分析仪(323);

所述偏振光分别经过第一分光棱镜(34)、第三分光棱镜(312)和第五分光棱镜(320)后,平均分成四等份的光束,其中一束被光功率计(328)所接收,其余三束光又被第二分光棱镜(36)、第四分光棱镜(314)和第六分光棱镜(322)平均分成六等份的光束,并分别被第一偏振分析仪(37)、450nm穆勒矩阵成像单元(38)、第二偏振分析仪(315)、550nm穆勒矩阵成像单元(316)、第三偏振分析仪(323)和650nm穆勒矩阵成像单元(324)接收,用以分析海雾发生装置(2)内海雾环境的散射规律。

2.根据权利要求1所述的穆勒矩阵同步测量系统,其特征在于,所述偏振光发射装置(1)包括LED光源(11)、第一准直器(12)、衰减片(13)、第一偏振片(14)和第一1/4波片(15);

所述LED光源(11)用于发出可见光波段的光束,所述第一准直器(12)用于将光束整形并沿光轴进行传输,所述衰减片(13)用于对光束进行光强度调整,所述第一偏振片(14)用于对光束进行起偏,所述第一1/4波片(15)用于将起偏后的线偏振光转化成圆偏振光。

3.根据权利要求1所述的穆勒矩阵同步测量系统,其特征在于,所述多层海雾箱包括第一海雾箱(21)、第二海雾箱(25)和第三海雾箱(28),所述第一海雾箱(21)、第二海雾箱(25)和第三海雾箱(28)中分别设有第一海雾发生器(24)、第二海雾发生器(27)和第三海雾发生器(210),用于将海水进行超声波雾化产生海雾粒子;所述多层海雾箱上设有光学窗口,偏振光依次通过第一光学窗口(22)、第二光学窗口(26)、第三光学窗口(29)和第四光学窗口(212)进行传输。

4.根据权利要求1所述穆勒矩阵同步测量系统,其特征在于,所述穆勒矩阵成像模块包括450nm穆勒矩阵成像单元(38)、550nm穆勒矩阵成像单元(316)和650nm穆勒矩阵成像单元(324);

所述450nm穆勒矩阵成像单元(38)中包括沿光路依次设置的第二1/4波片(39)、第二偏振片(310)和第一CCD(311),所述550nm穆勒矩阵成像单元(316)中包括沿光路依次设置的第三1/4波片(317)、第三偏振片(318)和第二CCD(319),所述650nm穆勒矩阵成像单元(316)中包括沿光路依次设置的第四1/4波片(325)、第四偏振片(326)和第三CCD(327)。

5.一种穆勒矩阵同步测量方法,其特征在于,应用如权利要求1‑4中所述的穆勒矩阵同步测量系统,所述方法包括以下步骤:S1、利用海雾发生装置(2)模拟室内真实多层海雾环境;

S2、通过偏振光发射装置(1)发射偏振光,使偏振光通过海雾发生装置(2),最后被偏振光接收装置(3)接收;

S3、通过偏振光接收装置(3)进行穆勒矩阵同步测量,计算退偏图像和双向衰减图像,并测量海雾发生装置(2)中多层海雾模拟装置的光学厚度;

S4、利用第一排空装置(23)和第二排空装置(211)排空海雾发生装置(2)中的海雾,测量实验完毕。

6.根据权利要求5所述的穆勒矩阵同步测量方法,其特征在于,所述步骤S1中所述室内真实多层海雾环境的模拟方式为:通过第一海雾发生器(24)、第二海雾发生器(27)、第三海雾发生器(210)将海水进行超声波雾化产生海雾粒子;

若偏振光上行传输,则第一海雾发生器(24)的喷雾时间是第二海雾发生器(27)喷雾时间的2倍,是第三海雾发生器(210)喷雾时间的4倍;若偏振光下行传输,则第三海雾发生器(210)喷雾时间是第二海雾发生器(27)喷雾时间的2倍,是第一海雾发生器(24)的喷雾时间的4倍;

通过海雾粒子的自由运动在第一海雾箱(21)、第二海雾箱(25)和第三海雾箱(28)形成均匀的多层海雾环境。

7.根据权利要求5所述的穆勒矩阵同步测量方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:

S2.1、LED光源(11)发出可见光波段的光束经过第一准直器(12)将光束整形并沿光轴进行传输,再通过衰减片(13)进行光强衰减,使光功率降低至10mw以下;

S2.2、依次调整第一偏振片(14)方向为0°、45°、90°和135°,使光通过第一偏振片(14)进行起偏,最后被偏振光接收装置(3)接收。

8.根据权利要求5所述的穆勒矩阵同步测量方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括:

S3.1、计算海雾发生装置(2)的光学厚度:

I=I0exp(‑keL)=  I0exp(‑τ),

其中,I代表海雾完全扩散充满箱体内部后出射偏振光强值,I0代表空箱状态下的偏振入射光强值,ke代表消光系数,L为激光在海雾介质中的传输距离,τ代表光学厚度;

S3.2、其中第一偏振分析仪(37)、第二偏振分析仪(315)和第三偏振分析仪(323)分析入射偏振光的偏振度和椭圆率数据,450nm穆勒矩阵成像单元(38)、550nm穆勒矩阵成像单元(316)和650nm穆勒矩阵成像单元(324)生成穆勒矩阵图像;

当偏振光发射装置(1)发射偏振方向为0°的线偏振光时,第二偏振片(310)、第三偏振片(318)和第四偏振片(326)调整偏振方向依次为0°、45°、90°、135°,并在第一CCD(311)、第二CCD(319)和第三CCD(327)中同步采集4张线偏振图像;再改变第二1/4波片(39)、第三1/4波片(317)和第四1/4波片(325)的旋转方向使其与第二偏振片(310)、第三偏振片(318)和第四偏振片(326)组合形成左旋和右旋圆偏振光,并在第一CCD(311)、第二CCD(319)和第三CCD(327)中同步采集两张圆偏振图像;

S3.3、当偏振光发射装置(1)发射偏振方向为45°线偏振光、90°线偏振光、135°线偏振光、左旋圆偏振光和右旋圆偏振光时,分别重复步骤S3.1和S3.2;

S3.4、将步骤S3.2和S3.3中得到的36种偏振图像,通过下式进行计算得到穆勒矩阵图像: