[发明专利]一种小型自动滤光片转轮多波段偏振成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多波段偏振成像系统，特别涉及一种新型光机电一体化多波段偏振成像系统，集成用于数据采集与处理的电路控制单元硬件模块。 

背景技术

在现有技术中，成像偏振光谱仪在国内外已有原型样机出现，在应用上还存在着一定的缺陷和不足。如日本国立航空宇宙实验室采用旋转偏振电调谐滤光片技术来获取偏振光谱图像，存在成像系统可靠性差、采集图像的精度差以及无法获得同一瞬时目标的真正偏振信息等问题，由于无法在同一瞬时获得同一波段的偏振分量图像，因此不能获得目标的真正偏振光谱信息。美国陆军实验室研制的基于LCVR和偏振电调谐滤光片，虽然能够提高偏振分量转换的速度，但依然存在无法获得同一瞬时目标的真正偏振信息和所获得的偏振光谱图像精度差等问题。美国空军实验室正在研制的基于偏振面阵CCD相机的成像偏振光谱仪，虽然不需旋转偏振片，但由于偏振面阵CCD的制作难度较大，使这种成像偏振光谱仪仍难以实现。偏振光谱图像虽具有较高的光谱分辨率，但需占用大量的计算机资源，这在实际应用中是一种负担，研究表明在特征波段上进行目标检测、识别可以达到较高的精度，存储量明显小，并且所需计算资源也小得多。安徽光学精密机械研究所在偏振成像装置的设计中，将入射光用三分棱镜分成三份，实现在不同偏振角度下的面阵CCD成像，这种处理方式会使入射到CCD上的能量很少，导致CCD成像受噪声影响很大，信噪比极低，难以满足图像分析要求；三线阵CCD推扫式偏振成像探测装置虽然能很好的利用入射光的全部能量，但成像速度较慢，且为单波段偏振成像系统，存在功能单一、应用范围较窄等问题，难以满足复杂多任务要求。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型自动滤光片转轮多波段偏振成像系统，克服现有探测手段只能获取目标表面辐射强度或只能获取特定波段偏振图 像的缺陷。 

技术方案 

一种小型自动滤光片转轮多波段偏振成像系统，其特征在于包括双层滤光片转轮、三个CCD相机、电机系统、激光测距仪和计算机；三个CCD相机的前置设有偏振片，偏振片与被摄场景之间设有双层滤光片转轮，双层滤光片转轮受控于电机系统；三个CCD相机将摄取的图像输出至计算机进行处理，同时激光测距仪将测得的距离信号输出至计算机，计算机根据激光测距仪的信息，对图像几何校正和偏振图像计算得到的偏振多波段后，再发送信号给电机系统控制双层滤光片转轮的转动；所述双层滤光片转轮上设有多个圆孔，每个圆孔内设置一个双层滤光片，每个双层滤光片只允许白光中的特定波段的光通过；所述三个CCD相机的前置的偏振片的偏振角度为0°、60°和120°；三个CCD相机、电机系统和计算机处理之间的循环运动关系为：电机系统控制双层滤光片转轮转1/6周时，触发CCD相机成像，当双层滤光片转轮完成1周时，计算机进行图像校正计算偏振参数；图像校正结束存储完成，计算机控制电机系统的电机重新使得转双层滤光片转轮转1/6周，启动下一周期。 

所述多个双层滤光片为5个滤光片和1个中性片，5个滤光片的中心波长及带宽分别为400nm，10nm；450nm，10nm；550nm，40nm；650nm，10nm；700nm，10nm。 

有益效果 

本发明提出的一种小型自动滤光片转轮多波段偏振成像系统，采用三个不同偏振角度的CCD相机对同一场景进行成像，同时控制电机自动旋转滤光片转轮实现多波段偏振图像。能够获取目标像元对应的多波段图像立方体信息，包含目标不同波段的像元辐射强度、偏振度、偏振方位角等重要参数，大大提高了系统的探测能力。 

本发明与现有技术相比具有以下优点：采用已成熟的滤光片转轮、滤光片、偏振片和三CCD成像探测器，可以根据探测目的自定义选择滤光片进行探测，三CCD相机同时工作，具有结构紧凑、体积小、快速等优点；通过控制电机转动快速获得图像，且系统还具有图像预处理、存储及通信功能，因此能达到稳定可靠工作、节省人力和财力的目的，其整机性能如下： 

1)可以根据探测目的要求，自定义选择最多可达6个波段的成像； 

2)相机响应时间在20ms以内，转轮转动周期小于150ms； 

3)存储量：可达4G，当图像达到存储容量时，会启用通信模块与地面工作站进行图像数据转移； 

4)通信能力：可以通过请求访问式与地面工作站进行图像传输访问； 

5)地面分辨率GSD(按航高2000m计算)：优于2m； 

6)瞬时视场：IFOV=2m/2000m=1mrad；