[发明专利]基于旋转偏振片的红外偏振成像测量装置

权利要求书

1.一种基于旋转偏振片的红外偏振成像测量装置，其特征在于，包括红外光学镜头(100)、多方向起偏单元(200)、红外焦平面探测器(300)和控制单元(400)，

所述红外光学镜头(100)对目标场景的偏振光进行调整获得探测光束；多方向起偏单元(200)通过改变对探测光束的起偏方向，获得不同起偏方向偏振光束；红外焦平面探测器(300)对不同起偏方向偏振光束成像，获得不同起偏方向偏振光束的红外强度图像并输出；

所述控制单元(400)用于控制多方向起偏单元(200)顺序变换起偏方向，使红外焦平面探测器(300)能够以预定帧速率获得对应于顺序变换起偏方向的不同起偏方向偏振光束的红外强度图像；

所述多方向起偏单元(200)包括偏振片轮(210)、伺服电机(220)、电机齿轮轴(230)、偏振片齿轮轴(240)、多个偏振片(250)和编码器(260)，

所述伺服电机(220)在控制单元(400)的控制下依次通过电机齿轮轴(230)和偏振片齿轮轴(240)驱动偏振片轮(210)的转轴转动，从而带动偏振片轮(210)转动，所述伺服电机(220)使偏振片轮(210)的工作转速至少为50r/s；多个偏振片(250)沿圆周方向均匀分布在偏振片轮(210)上；编码器(260)通过弹性联轴器与偏振片轮(210)的转轴连接；所述偏振片轮(210)为盘式结构，偏振片轮(210)上设置偏振片(250)的安装口；

所述多个偏振片(250)包括三个偏振片(250)，三个偏振片(250)在偏振片轮(210)上的安装方式包括：

三个偏振片(250)的光栅0°方向与空间参考坐标轴的夹角分别为0°、60°和120°；

所述控制单元(400)用于控制伺服电机(220)运行，使偏振片(250)以预定频率实现顺序切换；

所述测量装置还包括图像处理单元(500)，

图像处理单元(500)用于对所述红外强度图像进行处理，使偏振片轮(210)每转动一周，红外焦平面探测器(300)获得的三幅不同起偏方向偏振光束的红外强度图像对应转换为目标场景的红外偏振图像；

所述图像处理单元(500)采用的偏振计算公式包括：

式中，I'(0°)为对应于0°起偏方向时，红外焦平面探测器(300)获得的红外强度图像的辐射亮度值，I'(60°)为对应于60°起偏方向时，红外焦平面探测器(300)获得的红外强度图像的辐射亮度值，I'(120°)为对应于120°起偏方向时，红外焦平面探测器(300)获得的红外强度图像的辐射亮度值；I为目标场景的偏振光总强度，Q为目标场景的水平偏振光强度与垂直偏振光强度之差，U为与参考坐标轴呈±45°夹角的偏振光强度之差；

利用上述公式得到表征目标场景偏振态的斯托克斯矢量S：S＝[I,Q,U]^T，根据斯托克斯矢量与偏振度DoP、偏振角AoP之间的关系，获得目标场景的红外偏振度图像和红外偏振角图像：

所述测量装置还包括箱体，箱体为红外光学镜头(100)、多方向起偏单元(200)及红外焦平面探测器(300)提供安装位；所述箱体上设置用于输出红外强度图像的Camera Link接口。

2.根据权利要求1所述的基于旋转偏振片的红外偏振成像测量装置，其特征在于，所述偏振片(250)包括金属线栅型偏振片，其有效波长范围是3～12μm。