[发明专利]仿虾蛄眼谱段可选偏振态探测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿虾蛄眼谱段可选偏振态探测装置与方法，属于目标的光学探测技术领域。

背景技术

在自然界中，通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法都可以获得偏振光，并且每个物体表面的光反射都具有不同的谱段特性和偏振特性，偏振态的探测可以有效区分目标物体和周边背景的差异。在偏振态探测装置中，由波片和偏振片构成偏振探测器件，完成偏振探测。然而，所述偏振探测器件只能探测一种或者两种波长光的偏振态，而现实中的目标物体和周边背景多种多样。如果不分谱段进行偏振探测，由于不同谱段的透光率不同，导致透光非均匀；另外，不分谱段的探测方式也未顾及包括偏振度、偏振角在内的偏振特性的差异。结果是所进行的偏振探测存在缺陷。

虾蛄眼是一种复眼，由上千个小眼构成，每个小眼都是一个感杆束，由微绒毛以独特的方式排列形成，使其具有识别偏振态的能力。从表面上看，这些小眼分成腹侧、背侧和中频带三个区域，腹侧、背侧分布若干相同的小眼，能够识别线偏振，中频带的小眼能够识别光的波长和偏振态。中频带的若干小眼在与中频带平行的方向上呈6排分布。1～4排分布的若干小眼负责颜色也就是光的波长的识别，每一排小眼识别一种或者两种颜色。5、6排分布的若干小眼结构相同，但5排与6排的小眼的偏振方向不同。通过仿效具有多通道谱段识别能力的虾蛄眼的偏振系统结构，能够完成谱段能量的探测，进而识别目标偏振态，提高目标的探测与识别精度，同时提高目标的探测与识别概率。

在申请公布号为CN103900696A、名称为“一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法”的一件中国发明专利申请中，通过采集拮抗对偏振信号，得到偏振度参数和合成光强参数，由此实现水下目标成像。该方案能够提高水下目标成像探测精度，但是，该方案获得的仅仅是偏振度图像信息，并非偏振态信息，也就是并未做偏振态识别，在目标识别能力以及偏振探测精度方面进展有限。

一本由Springer Berlin Heidelberg于2016年出版的书名为《Multi-band Polarization Imaging and Applications》的出版物中收录一篇题为“Bio-inspired Multi-band Polarization Imaging”的文章，披露一种仿虾蛄眼的大视场多谱段偏振视觉系统，如图1所示，该系统由9个相机按3×3阵列排布构成，位于阵列四角和中心的5个相机属于光谱通道，实现光谱识别，其他4个相机为4个方向的偏振通道，该4个方向分别为0°、45°、90°、135°四个透光方向，9个相机获得的图像输入计算机，经图像处理获得大视场的偏振图像和光谱图像。然而，该方案同样未做偏振态识别。

发明内容

本发明之目的在于，通过仿虾蛄眼结构，在多谱段中择一进行目标偏振态探测和识别，以提高目标识别能力和偏振探测精度，为此我们发明了一种仿虾蛄眼谱段可选偏振态探测装置与方法。

本发明之仿虾蛄眼谱段可选偏振态探测装置其特征在于，如图2所示，在组合成像物镜1内，光轴彼此平行的4个成像物镜2规则排布且位置固定；可切换滤光片组由若干工作谱段不同的滤光片3沿转盘4圆周等距分布构成，如图3所示；在四通道偏振镜5内，4个彼此平行的45°、-45°、0°、90°偏振通道规则排布且位置固定，45°、-45°、0°、90°偏振片6位于对应偏振通道中，0°、90°偏振片各前置一片45°¹/₄波片7；在组合探测器8内，感光面位于同一平面内、朝向一致的4个光电探测器9规则排布且位置固定；所述4个成像物镜2、4个偏振通道、4个光电探测器9的排布方式相同，并以以下4种形式依次构成45°、-45°、0°、90°偏振态探测通道：成像物镜2、45°偏振片6、光电探测器9依次同轴排列；成像物镜2、-45°偏振片6、光电探测器9依次同轴排列；成像物镜2、45°¹/₄波片7、0°偏振片6、光电探测器9依次同轴排列；成像物镜2、45°¹/₄波片7、90°偏振片6、光电探测器9依次同轴排列；滤光片3位于组合成像物镜1、四通道偏振镜5之间；4个光电探测器9分别与计算机10电连接。

本发明之仿虾蛄眼谱段可选偏振态探测方法其特征在于：