[实用新型]激光旋转式偏振信息采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学仪器技术领域，尤其涉及一种面向水下目标的激光旋转式偏振信息采集装置。

背景技术

在水下环境中，由于水体对光的吸收和散射作用较大，光能量在水中衰减迅速，水下40米的深度时，自然光中只有黄绿光存在，成像偏振测量技术把信号量从三维，即光强、光谱以及空间扩充到七维，即光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振频率，在水下利用偏振成像技术能同时得到直观的各偏振参数灰度图和各观测点的详细偏振数据信号。因此，基于偏振成像设备对水下偏振信息采集将在未来的水下探测中具有广泛应用前景。

但在水下场景中，传统采集设备应用在水下时，无法得到详尽的目标信息。在此背景下，本实用新型针对水下场景应用需求，提出了一种激光旋转式偏振信息采集装置，可以快捷、方便的获得目标偏振图像，且更有效的用于表征目标偏振信号的偏振参数及其计算方法。

实用新型内容

有鉴于此，本发明针对现有技术中存在的上述或其他缺陷，提出一种激光旋转式偏振信息采集装置，其对水下目标的偏振图像进行采集、通过现场可编程门阵列(FPGA,Field－Programmable Gate Array)内嵌处理器对各模块进行控制，从而能够快捷、方便的获得目标偏振图像。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种针对水下环境的激光旋转式偏振信息采集与显示装置，系统包括CMOS相机、旋转镜头(包含0度偏振片、60度偏振片、120度偏振片)、圆形镜面贴片、激光发射/接收装置、FPGA(内嵌NiosII处理器)、PC显示屏、D/A数模转换器，RS232串行接口。相机在I²C总线和触发脉冲的控制下完成对目标图像的信息采集，图像存储在FPGA的图像数据缓存区中。基于内嵌的NiosII处理器的各控制模块对各模块进行控制，采集模块获取目标偏振信息，存储到FPGA的图像数据缓存区中，FPGA输出端口连接D/A转换器,然后通过RS232串行接口连接到PC上进行图像的处理、显示。

偏振图像采集模块中CMOS相机前的旋转镜头与激光发射/接收装置相结合成联动装置，通过控制模块触发步进电机控制偏振片角度，保证当激光发射/接收装置的激光发射端与接收端、镜面贴片处于同一垂直面时，精确得到所需偏振角度图像。

激光旋转式偏振信息采集与显示装置包括偏振图像采集模块、主控模块、显示终端、供电电源、设备防水罩。

偏振图像采集模块包括CMOS相机、旋转镜头与激光发射/接收装置相结合成联动装置。主控模块包括内嵌NiosII处理器的FPGA芯片、D/A转换器、RS232串行接口。其中内嵌NiosII处理器包含采集控制模块，存储控制模块，显示控制模块完成各模块的时序控制。FPGA芯片中图像数据缓存区完成对采集图像的存储。显示终端是PC机，进行图像信息的处理与显示。供电电源与偏振图像采集模块、主控模块相连进行供电。

偏振采集模块与主控模块FPGA的输入端口相连，在采集控制模块的控制下进行偏振图像的采集；采集模块结束工作时存储模块接收到反馈信号，通过数据总线将采集的偏振图像存储到FPGA的图像数据缓存区；显示控制模块接收到反馈信号，将缓存区中的数据通过FPGA输出端口经过D/A转换器、RS232串行接口输出端与PC机的COM端口相连进行数据传输。

旋转镜头包括以下部分：带有轴承的黑色旋转轮、0度偏振片、60度偏振片、120度偏振片、镜面贴片。镜片固定在旋转轮的外边缘与旋转轮相互外切，且镜片中心线过旋转轮中心，三个镜片的中心线夹角为120度。镜面贴片贴在三条中心线上与旋转轮外边相内切。

旋转镜头与激光发射/接收装置相结合成联动装置，由FPGA内嵌NiosII处理器对采集模块发出脉冲触发步进电机旋转，当激光发射/接收装置的激光发射端与接收端、镜面贴片处于同一垂直面时(即接收端接收到发射端发出的激光)，FPGA内嵌NiosII处理器接收到联动装置的脉冲信号，NiosII处理器调用中断，使步进电机停止转动，同时发出脉冲触发信号，触发CMOS相机进行图像采集。

FPGA选用Cyclonem系列的EP3C40C7型号芯片，芯片内嵌NiosII处理器、CMOS选用MT9V032型号传感器、D/A转换器选用THS8134A型号芯片、RS232串行接口选用MAX225型号。CMOS与FPGA相连，FPGA的输出端口与D/A转换器相连，RS232串行接口与PC的COM端口相连，完成水下偏振信息采集、传输。

附图说明