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专利号: 2023106644622
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:

1.一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于,包括会聚准直装置(1)、多模式偏振成像集成装置(2)、调控装置(3)和永磁无刷直流电机(4);所述会聚准直装置(1)用于对目标透射光与大气光进行汇聚准直处理,获得短波红外波平行光束,并向多模式偏振成像集成装置(2)传输;所述多模式偏振成像集成装置(2)包括多谱窗口可调短波红外辐射计(21)、短波红外偏振成像装置(22)和壳体,所述多谱窗口可调短波红外辐射计(21)和短波红外偏振成像装置(22)均固定在壳体上,多谱窗口可调短波红外辐射计(21)包括窗口可调装置(211)、多谱滤波旋转装置(212)、接收透镜(213)、PIN光电二极管(214)、信号放大电路(215)、示波器(216)、第一微型计算机(217)和驱动电机(218),沿着光线的传输方向,所述窗口可调装置(211)、多谱滤波旋转装置(212)、接收透镜(213)和PIN光电二极管(214)依次设置;所述信号放大电路(215)的输入端与PIN光电二极管(214)连接,信号放大电路(215)的输出端与示波器(216)连接,第一微型计算机(217)分别与示波器(216)及驱动电机(218)连接,第一微型计算机(217)输出电信号作为控制信号输入到驱动电机(218)完成对驱动电机(218)的控制,驱动电机(218)的输出端与多谱滤波旋转装置(212)连接,用于驱动多谱滤波旋转装置(212)旋转;其中窗口可调装置(211)在非工作状态下关闭,在工作状态下打开,窗口可调装置(211)用于使得进入后续光路的光辐射达到最大,窗口可调装置(211)由布儒斯特窗口(2110)、硅光电二极管(2111)、探测器(2112)以及三个调节螺母(2113)构成,布儒斯特窗口(2110)初始方向与射向窗口可调装置(211)的入射光主光路方向平行,三个调节螺母(2113)设置在布儒斯特窗口(2110)的下面,硅光电二极管(2111)放置在布儒斯特窗口(2110)下方,硅光电二极管(2111)用于接收布儒斯特窗口(2110)的反射光信号;探测器(2112)与硅光电二极管(2111)连接;在工作时,使得探测器光辐射读数达到最大;所述多谱滤波旋转装置(212)为多个波段滤光片组成的旋转结构,多谱滤波旋转装置(212)由八片滤波片呈扇形依旋转序列构成;所述短波红外偏振成像装置(22)包括检偏器组件(221)、红外热像仪(222)、第二微型计算机(223)和步进电机(224),所述步进电机(224)的输出端与检偏器组件(221)连接;所述检偏器组件(221)配置为将其接收到的光束转换为0°线偏振光、45°线偏振光、90°线偏振光或135°线偏振光中的一种,检偏器组件(221)与第二微型计算机(223)连接;所述红外热像仪(222)设置在检偏器组件(221)的出射光路上,红外热像仪(222)和第二微型计算机(223)双向通信连接,红外热像仪(222)采集红外辐射强度图像,并将红外辐射强度图像输入至第二微型计算机(223);

所述调控装置(3)用于向永磁无刷直流电机(4)发送控制信号;

所述永磁无刷直流电机(4)接收调控装置(3)向其发送的信号并根据信号控制多模式偏振成像集成装置(2)进行模式选择;多模式偏振成像集成装置(2)包括两种工作模式,分别为模式一与模式二,调控装置(3)设置信号值,所述信号值包括“1”和“2”,将调控装置(3)信号值设为“1”时,对应模式一,此时永磁无刷直流电机(4)将多谱窗口可调短波红外辐射计(21)调整至与会聚准直装置(1)的光轴平行;将调控装置(3)信号值设为“2”时,对应模式二,此时永磁无刷直流电机(4)将短波红外偏振成像装置(22)调整至与会聚准直装置(1)的光轴平行。

2.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于:

所述会聚准直装置(1)包括聚光组件(11)和准直组件(12),聚光组件(11)为带有短波红外波段增透膜的氟化钙双凸透镜,准直组件(12)为氟化钙平凸组合透镜,所述聚光组件(11)和准直组件(12)的光轴在同一条直线,且准直组件(12)位于聚光组件(11)出射光路上,聚光组件(11)用于对目标透射光与大气光进行会聚处理,并向准直组件(12)传输;所述准直组件(12)用于对接收到的光束进行准直处理,得到平行光束,并向多模式偏振成像集成装置(2)传输。

3.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于:

所述多谱滤波旋转装置(212)中的八片滤波片滤波波长分别选取808nm、905nm、1020nm、

1129nm、1241nm、1356nm、1500nm和1611nm。

4.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于:

所述信号放大电路(215)采用有偏直流跨导放大电路,包括电解电容、电阻和运算放大器,其中电解电容与电阻并联,并联后作为一个整体并联在运算放大器两端进行信号放大。

5.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于:

所述检偏器组件(221)由圆偏振片、一个高消光比线偏振片轮、编码器和驱动器构成,高消光比线偏振片轮上设置有高消光比线偏振片,编码器设置在高消光比线偏振片中心处,用于记录该高消光比线偏振片实时位置;圆偏振片位于高消光比线偏振片前方用于全偏振信息获取,驱动器位于高消光比线偏振片轮的轴上,驱动器与步进电机(224)的输出端连接,通过步进电机(224)驱动该高消光比线偏振片依预先设定转速转动;其高消光比线偏振片的透过波段为0.8‑1.7μm,消光比为10000:1,透过率大于80%,直径60mm。

6.根据权利要求1所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像装置,其特征在于:

所述检偏器组件(221)与红外热像仪(222)水平排列放置,间隔距离为1cm。

7.一种基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像方法,其特征在于:所述方法是采用权利要求1‑6中任一项所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振装置实现的,包括如下步骤:步骤S1、前期准备

首先需要调整会聚准直装置(1),使透过雾霾的入射光线通过会聚准直装置(1)后会聚准直地进入到多模式偏振成像集成装置(2),同时打开窗口可调装置(211)保证进入到后续光路中的光辐射最大;

步骤S2、调控装置(3)接收多模式偏振成像集成装置(2)输入的信号并开始工作,调控装置(3)能够设置信号值,所述信号值包括“1”和“2”;

步骤S3、将调控装置(3)信号值设置为“1”时,永磁无刷直流电机(4)将使多谱窗口可调短波红外辐射计(21)调整至与会聚准直装置(1)的光轴平行进行光线接收;

步骤S4、光线进入多谱窗口可调短波红外辐射计(21)后,首先通过多谱滤波旋转装置(212)进行滤光,同时接收透镜(213)进行光线接收;之后通过PIN光电二极管(214)进行光电信号转换,然后通过信号放大电路(215)对PIN光电二极管(214)中输出的电压信号进行放大,放大后通过示波器(216)完成对不同波长光的电压响应度采集;

步骤S5、将示波器(216)采集得到的数据输入到第一微型计算机(217)进行数据处理,进行光强度成像,并对目标背景均方误差MSE和峰值信噪比SNR分析,预先设定图像均方误差MSE和峰值信噪比SNR阈值;若满足图像均方误差MSE和峰值信噪比SNR阈值要求,则输出图像;

步骤S6、若不满足图像均方误差MSE和峰值信噪比SNR阈值要求,第一微型计算机(217)输出信号使驱动电机(218)进行调节多谱滤波旋转装置(212)继续进行多谱波长探测;

步骤S7、重复步骤S4至步骤S6的操作,直至满足图像均方误差MSE和峰值信噪比SNR阈值要求进行图像输出;

步骤S8、将调控装置(3)信号值设置为“2”时,永磁无刷直流电机(4)将短波红外偏振成像装置(22)调整至与会聚准直装置(1)光轴平行;

步骤S9、通过步进电机(224)调节检偏器组件(221),分别输出0˚、45˚、90˚和135˚的线偏振光,并通过红外热像仪(222)采集红外辐射强度图像;

步骤S10、通过第二微型计算机(223)采用MATLAB软件对红外辐射强度图像文件进行在线处理,计算目标场景的红外偏振度和偏振角信息,并进行均方误差MSE和峰值信噪比SNR分析。

8.根据权利要求7所述的基于雾霾衰减系数的短波红外全偏振成像方法,其特征在于:

图像均方误差MSE设置为0.01;峰值信噪比SNR阈值设置为10。