[发明专利]基于多象限偏振片的天空偏振模式探测方法与系统

权利要求书

1.一种天空偏振模式探测系统，包括象限数大于等于八的多象限偏振片、手持式光场相机、镜头，其特征在于，多象限偏振片位于镜头的光圈所在平面；多象限偏振片由多个位于同一平面的材料相同且尺寸相同的偏振片拼接组成，其中每个偏振片的偏振方向均指向多象限偏振片的中心，或者均垂直于指向多象限偏振片中心的方向。

2.一种天空偏振模式探测方法，利用权利要求1提供的天空偏振模式探测系统，具体包括下述步骤：

第一步，利用天空偏振模式探测系统拍摄一幅天空图像，并将天空图像的灰度值转化为目标辐射的光强值；

第二步，获得天空偏振度和偏振化方向角：

设天空偏振模式探测系统中手持式光场相机的微透镜阵列包括M行、N列微透镜，所有微透镜相同；任意微透镜Len_m,n对应的成像圆斑中心的像素在图像坐标系下的坐标为(X_m,n，Y_m,n)，成像圆斑半径为D个像素，其中D≥5，1≤m≤M，1≤n≤N；成像圆斑中心像素坐标中第一个坐标元素表示像素在图像中的行序号，第二个坐标元素表示像素在图像中的列序号；图像坐标系定义如下：图像左上角为坐标系的原点，图像中竖直向下的方向为第一个坐标元素的正向，图像中水平向右的方向为第二个坐标元素的正向；

获得天空图像平面上所有与像素点(X_m,n，Y_m,n)的距离小于等于D个像素的图像区域，该图像区域为圆形，令其为G_m,n；对圆形图像区域G_m,n进行Radon变换，选择Radon变换的投影角度范围为0度到180度，令Radon变换的投影角度步长为S，S的数值的选择应满足S可整除90的要求，则共有个投影角度，记它们所组成的投影角度序列为C，C＝{0,S,2S,...k×S,...，180},针对该投影角度序列C中的任意一个投影角度k×S，则存在一个该投影角度的Radon变换结果，它是由2D+1个数值组成的序列，记为R_k，所有投影角度的Radon变换结果序列记为Ra，查找Ra中任一序列R_k中的极大值，记为Rmax_k；则针对所有投影角度得到的所有极大值序列在MaxR中查找极大值，结果记为MaxMaxR，对应该极大值在MaxR中的元素序号记为NmaxR,则有序号为NmaxR的元素是在投影角度为NmaxR×S的Radon变换结果中得到的，最终有微透镜Len_m,n对应的偏振化方向角θ_m,n＝NmaxR×S；

在Radon变换结果序列Ra中选取序号为K的元素R_K,K的值的确定应判断投影角度θ_m,n的值是否大于90度来定，若大于90度则若小于90度则在R_K的子序列中查找极小值，记为MinMinR，其中，[]表示四舍五入取整数；微透镜Len_m,n对应的天区偏振度P_m,n可计算如下：

对所有的微透镜Len_1,1,...Len_m,n...,Len_M,N按照上述方法进行计算，从而得到所有微透镜对应视角的天区偏振度矩阵P＝(P_1,1,...P_m,n,...P_M,N)和偏振化方向角矩阵θ＝(θ_1,1,...θ_m,n,...θ_M,N)，偏振度矩阵P和偏振化方向角矩阵θ即为需要的天空偏振模式测量结果。