[发明专利]图像式天空偏振光分布模式实时同步获取装置

说明书

技术领域

本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种基于图像式的天空偏振光分布模式实时同步获取装置。

背景技术

天空偏振光分布模式具有相对稳定性，沙蚁、蜜蜂等动物能够利用偏振光来进行定向和导航。科研人员从这些动物利用偏振光定向的本领中得到启发，对天空偏振光分布模式、基于偏振的导航方法等方面开展研究，已经逐步开始将偏振光仿生导航的方法应用于移动机器人、船舶、飞行器等大气层内的各种运动物体。因此，天空偏振光分布模式的获取对于利用偏振光仿生导航的方法具有重要意义。

目前国内外对天空偏振光分布模式获取的方法和装置的研究，主要是利用相应的传感器装置通过输入的光线强度值来感知并计算天空偏振度和偏振角的分布值，进而获取天空偏振光的分布模式。现有的天空偏振光分布模式获取传感器装置主要包括两种方式：点源式和图像式。点源式测量方式是将天空离散地划分为多个点的位置，通过对各个点的偏振信息的探测，实现天空偏振信息的测量和天空偏振分布模式的获取，瑞士苏黎世大学的Wehner等人设计的仿沙蚁Cataglyphis导航机器人，大连理工大学的褚金奎等人研制的一种检测天空偏振光的导航传感器都是基于点源式方法；图像式主要是通过装有偏振片的相机获取天空图像，将图像输入计算机，然后将多个偏振极性下得到的偏振图像进行合成计算从而实现天空偏振信息的测量和天空偏振分布模式的获取，大连理工大学崔岩等人（天空偏振光测量系统的设计，崔岩等，《光学精密工程》，Vol.17,No.6,2009）设计的天空偏振光测量系统和北京大学关桂霞、晏磊等人（天空偏振光分布的实验研究，关桂霞等，《兵工学报》，Vol.32,No.4,2011）设计的天空偏振光分布模式获取系统都是基于图像式方法。

现有的图像式天空偏振光分布模式获取装置是在同一相机上装上标记有不同偏振极性的线偏振片，通过多次旋转线偏振片来获得不同偏振极性下的天空偏振图像，然后输入计算机进行计算处理，获得偏振信息和偏振分布模式图。由于这种方式不能实时同步采集，旋转线偏振片难免会带来时间延迟性和滞后性，造成计算合成得到的偏振分布模式并不是来自于同一时刻的天空偏振图像图片，同时旋转偏振片的角度不准也会带来误差。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于图像式的天空偏振光分布模式实时同步获取装置。

本发明的技术方案如下：

本发明的图像式天空偏振光分布模式实时同步获取装置，包括装有线偏振片的相机以及计算机处理系统，其特征在于,所述装有线偏振片的相机是三台具有独立千兆网接口的相机，它们分别通过网线及交换机连接到计算机处理系统中，交换机进行IP地址设定并分配给三台相机对应的序号；所述三台相机设置在机械支撑架上，其镜头的中心轴线相互平行，并且三根中心轴线在垂直平面上的投影构成等边三角形，该等边三角形的边长d由以下计算式得到：其中，α为相机的视场角，h为最佳成像距离，l为所用相机在中心轴线垂直平面上的投影的最大外形尺寸；所述三台相机分别与三个定焦镜头连接，三个定焦镜头上分别配置有线偏振片，其偏振极性角度满足以下公式：0°≤α₁＜α₂＜α₃＜180°，其中，α₁、α₂、α₃为三个线偏振片的偏振极性角度。

本发明的图像式的天空偏振光偏振分布模式实时同步获取装置，使用计算机控制具有不同偏振极性的三台相机实时同步采集图像，通过标定能够获得三相机拍得的公共区域重叠部分，并取此公共区域的数据进行偏振信息合成计算，然后将合成计算得到的偏振信息显示为偏振角和偏振度的偏振信息分布模式图像，实现偏振信息同步获取。本发明有效地避免了传统图像式天空偏振光偏振信息获取装置中由于时间上的延时滞后性和非同步性导致的偏振信息获取误差；三台相机成品字形排列（等边三角形），并从机械结构上保证三相机的中心轴线相互平行，通过选取适当的等边三角形边长，能保证三个相机之间互不干涉，满足测量要求。该系统结构简单，对硬件要求较低，加工方便，生产成本较低，实时同步性较好，耗时较少，具有较高的实用性。

以下通过实施例和附图作进一步描述。

附图说明

图1为本发明所述单个相机及其机械支架的实施例结构示意图。

图2为本发明所述三个带有机械支架的相机安装在同一个底板上的实施例结构示意图。

图3为利用本发明实施例观察天空得到的偏振极性分别为0°、45°、90°的天空图像。