[发明专利]一种阵列式偏振相机的偏振信息测量系统及方法

说明书

本申请涉及一种阵列式偏振相机的偏振信息测量系统及方法，所述方法包括：根据阵列式偏振相机的偏振通道数量建立相应数量的成像模型；对阵列式偏振相机的响应函数进行标定得到阵列式偏振相机的响应曲线；采用多次曝光的方式获得阵列式偏振相机每个偏振通道的HDR图像；根据响应曲线和每个偏振通道的HDR图像计算高动态范围的偏振信息。本发明克服了在真实场景中传统偏振相机在过曝和欠曝情况下偏振信息计算不准确甚至无法计算的问题，提高了偏振相机对于光照变化条件下的适应性，具有原理简单、操作简便、使用范围广等优点；同时获取高质量偏振测量信息，有效提高阵列式偏振相机测量的动态范围，对于提高阵列式偏振相机的适用性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及偏振信息测量系统及方法技术领域，特别是涉及一种阵列式偏振相机的偏振信息测量系统及方法。

背景技术

偏振是电磁波的基本特性之一，偏振光是光波所具有的重要特性。但是大多数脊椎动物(包括人类)对这种光模态无法感知；相比之下，许多无脊椎动物，包括昆虫，蜘蛛，头足类动物和气孔类动物，已经进化出能够检测具有高动态范围偏振信息的光敏细胞，并在视觉引导下的行为中利用这些信息。与许多动物一样，人类的视觉能够在很大的亮度范围内进行视觉感知，从而使我们的眼睛在完全不同的高对比度照明条件下仍能正常工作。但是，数码相机主要取决于具有8位亮度的成像传感器，比人类的视觉范围要窄得多。长期以来，人们一直在寻求技术来增加相机拍摄的图像的动态范围，以更好的解释和理解场景。

成像技术的快速发展为我们带来了新的阵列式偏振传感器，如偏转相机，使得我们可以方便地检测偏振光。这种相机被广泛用于3D重建，目标检测，机器人技术。但是，常规方法无法恢复高动态范围(HDR)场景下的视觉信息，使得在暗区或亮区的图像可见度大大降低。这种光照大范围变化场景下的过曝或欠曝也会造成的偏振信息计算不准确，例如，有光泽的金属物体镜面反射照明光，使相机饱和而不携带任何信息，从而影响其应用。

因此，有必要针对阵列式偏振相机设计一种新型的偏振信息测量系统及方法。

发明内容

本发明针对阵列式偏振相机在真实场景中因过曝或欠曝造成的偏振信息计算不准确的问题提供一种阵列式偏振相机的偏振信息测量系统及方法，提高了偏振相机对于光照变化的适应性，具有原理简单、操作简便、使用范围广等优点。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种阵列式偏振相机的偏振信息测量方法，所述方法包括以下步骤：

S1，获取阵列式偏振相机的偏振通道数量，根据所述阵列式偏振相机的偏振通道数量建立相应数量的成像模型；

S2，根据所述成像模型对所述阵列式偏振相机的响应函数进行标定得到所述阵列式偏振相机的响应曲线；

S3，采用多次曝光的方式获得所述阵列式偏振相机每个偏振通道的HDR图像；

S4，根据所述响应曲线和每个偏振通道的HDR图像计算高动态范围的偏振信息。

进一步的，所述阵列式偏振相机包括均匀分布的0°、45°、90°、135°四个方向的偏振通道，四个所述偏振通道的成像模型分别为：

式中，L为最终得到的图像数据，I₀为入射光通过镜头后的强度，I为入射光通过偏振片后的强度，w₁、w₂、w₃、w₄为各偏振通道中偏振片的作用，d为偏振度DOP，θ为偏振角，f为相机响应函数，t为曝光的时间。

进一步的，真实场景中的光强依次通过所述阵列式偏振相机的镜头、偏振片和快门被CCD或CMOS的芯片感应并经过模电转换变为最后的图像数据。