[发明专利]用于动态目标测量的分时型红外偏振成像装置及方法

权利要求书

1.一种用于动态目标测量的分时型红外偏振成像方法，其特征在于：

采用用于动态目标测量的分时型红外偏振成像装置进行红外偏振成像测量；所述用于动态目标测量的分时型红外偏振成像装置包括镜头模块、检偏器组件、红外焦平面探测器、控制模块和数据采集处理模块；

所述镜头模块包括用于对目标场景进行成像的光学透镜；

所述红外焦平面探测器的光轴与所述光学透镜的光轴重合，用于接收所述光学透镜出射的红外光线；

所述检偏器组件包括可绕其自身光轴转动的偏振片，所述偏振片位于所述光学透镜与所述红外焦平面探测器之间，其中心位于所述红外焦平面探测器和所述光学透镜的光轴上，其光轴与所述红外焦平面探测器和所述光学透镜的光轴之间存在第一夹角；

所述控制模块与所述检偏器组件、所述红外焦平面探测器电连接，用于生成转动控制指令并发送至所述检偏器组件，以控制所述偏振片绕其自身光轴匀速转动；以及生成曝光控制指令并发送至所述红外焦平面探测器，以控制所述红外焦平面探测器在所述偏振片转至选定的不同偏振方向时进行曝光，测量目标场景在不同偏振方向下的红外辐射强度图像；

所述数据采集处理模块与所述红外焦平面探测器电连接，用于接收不同偏振方向下的红外辐射强度图像，解算得到目标场景的红外偏振图像；

所述红外焦平面探测器在所述偏振片每旋转一圈的时间内曝光三次或四次；

所述检偏器组件还包括电机、单通道偏振片轮和编码器；所述偏振片通过所述单通道偏振片轮设于所述电机的输出端；所述电机用于根据所述控制模块的转动控制指令驱动所述单通道偏振片轮匀速转动；所述编码器与所述单通道偏振片轮连接，用于测量所述单通道偏振片轮匀速转动的角度信息，并将测得的角度信息反馈至所述控制模块；

所述电机还设有转速检测装置，用于检测所述电机转速，并实时向所述控制模块反馈电机转速信息；

所述控制模块用于根据接收到的电机转速信息以及角度信息，生成所述转动控制指令和/或所述曝光控制指令；

所述电机为无框架结构的永磁直流无刷电机，所述光学透镜出射的红外光线从所述永磁直流无刷电机中心的大开口孔径中通过；所述单通道偏振片轮通过轴承设于所述永磁直流无刷电机中心的大开口孔径内部，且所述单通道偏振片轮设于所述轴承靠近所述红外焦平面探测器的一端，所述编码器固定在所述轴承靠近所述光学透镜的一端；

该方法包括如下步骤：

S1、在目标场景一侧布设所述用于动态目标测量的分时型红外偏振成像装置并校准；

S2、令所述偏振片绕其自身光轴匀速转动；在所述偏振片转至选定的不同偏振方向时，令所述红外焦平面探测器曝光，采集目标场景在当前偏振方向下的红外辐射强度图像；

S3、根据所述偏振片旋转一圈对应的各偏振方向下的红外辐射强度图像，计算表征目标偏振态的斯托克斯矢量，根据斯托克斯矢量与偏振度、偏振角之间的关系获得目标场景的偏振度图像和偏振角图像，实现偏振成像测量；

所述步骤S3中，根据所述偏振片旋转一圈对应的各偏振方向下的红外辐射强度图像，计算表征目标偏振态的斯托克斯矢量时，采用排序迭代的方式，按照采集红外辐射强度图像的顺序更新存储数据，采用迭代的方式计算斯托克斯矢量。

2.根据权利要求1所述的用于动态目标测量的分时型红外偏振成像方法，其特征在于：

所述红外焦平面探测器在所述偏振片每旋转一圈的时间内曝光三次，三次曝光时刻所述偏振片的偏振方向分别对应0°、60°和120°；或所述红外焦平面探测器在所述偏振片每旋转一圈的时间内曝光四次，四次曝光时刻所述偏振片的偏振方向分别对应0°、45°、90°和135°。

3.根据权利要求1所述的用于动态目标测量的分时型红外偏振成像方法，其特征在于：

所述偏振片与所述红外焦平面探测器和所述光学透镜的光轴之间存在的所述第一夹角取值范围为8～12°。