[发明专利]基于相位延迟器和彩色线偏振相机的全stokes矢量成像方法

说明书

本发明提出基于相位延迟器和彩色线偏振相机的全stokes矢量成像方法，使用分焦平面彩色线偏振相机、图像延迟器、液晶可控相位延迟器进行彩色全stokes矢量成像；所述方法采用的成像装置中，镜头、液晶可控相位延迟器、图像延迟器、分焦平面彩色线偏振相机自前往后安装于同一直线上，待拍摄的目标物置于镜头前方成像清晰的物距处，液晶可控相位延迟器和线偏振相机连接用以进行控制和数据处理的计算机，所述方法通过多幅不同角度的线偏振图像与反演矩阵相乘来得到目标物的全stokes矢量图像；本发明能克服传统偏振成像不能同时测量色彩、强度和全偏振信息的缺点。

技术领域

本发明涉及偏振成像技术领域，尤其是基于相位延迟器和彩色线偏振相机的全stokes矢量成像方法。

背景技术

与传统的光学强度成像手段相比，偏振成像技术不仅能获取光的强度信息，还能获取光的偏振信息；偏振成像技术被广泛应用于大气遥感、目标检测、生物医学成像等领域。一般的偏振成像所能检测到的偏振光主要是线偏振光，线偏振光的检测分为三大类：分时成像、分振幅成像、分焦平面成像，近年来分焦平面成像技术受到广泛关注，它使得偏振成像系统具有紧凑性，这是其它两种方案所不能比拟的。圆偏振光成分的检测较为困难。这些年来有不少的研究致力于实现全stokes矢量成像，其中液晶聚合物延迟器、由超快激光加工的熔融石英纳米光栅阵列或圆形金属纳米光栅的应用成为研究热点，全stokes矢量成像可以通过在时域的多次测量获得，比如旋转延迟器、液晶延迟器、压电光调制器等与相机结合使用，但总体而言速度慢，不适用于运动目标的检测。同时目前大部分全stokes矢量成像属于黑白成像，不考虑光谱信息，而彩色的全stokes矢量成像能获取色彩、强度、全偏振信息，能大大地提高获取的目标信息量。因此，发展基于液晶延迟器和分焦平面偏振相机的彩色全stokes矢量成像方法具有重要意义。

发明内容

本发明提出基于相位延迟器和彩色线偏振相机的全stokes矢量成像方法，能克服传统偏振成像不能同时测量色彩、强度和全偏振信息的缺点。

本发明采用以下技术方案。

基于相位延迟器和彩色线偏振相机的全stokes矢量成像方法，使用分焦平面彩色线偏振相机、图像延迟器、液晶可控相位延迟器进行彩色全stokes矢量成像；所述方法采用的成像装置中，镜头(1)、液晶可控相位延迟器(2)、图像延迟器(3)、分焦平面彩色线偏振相机(4)自前往后安装于同一直线上，待拍摄的目标物置于镜头前方成像清晰的物距处，液晶可控相位延迟器和线偏振相机连接用以进行控制和数据处理的计算机，所述方法通过多幅不同角度的线偏振图像与反演矩阵相乘来得到目标物的全stokes矢量图像。

所述分焦平面彩色线偏振相机可通过计算机软件控制拍摄成像，相机的像素以分焦平面线偏振片和滤色片结合的方式成型。

所述液晶可控相位延迟器可通过计算机软件控制其输入电压从而控制其相位延迟量。

所述方法包括以下步骤；

步骤S1、镜头、液晶可控相位延迟器、图像延迟器、线偏振相机自前往后安装，所有器件的中心在一条直线上，且液晶可控相位延迟器的快轴或慢轴与水平方向对齐，调整器件间的距离以使得成像视场宽敞明亮；

步骤S2、将待拍摄的目标物放置在镜头前方，调整目标物和镜头距离，对准焦距使得成像清晰；

步骤S3、将液晶可控相位延迟器的输入电压设为a，相机记录在电压a下的0、45、90和135四个角度的线偏振图像；将输入电压设为b，相机记录在电压b下的0、45、90和135四个角度的线偏振图像；

步骤S4、将步骤S3获得的电压a下0、45和电压b下90、135四幅线偏振图像乘以反演矩阵M^-1，得到目标物的全stokes矢量图像。

所述目标物的全stokes矢量图像的成像帧率上限为线偏振相机的帧率的一半。