本實用新型專利技術涉及一種小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)，其特征在于包括雙層濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統(tǒng)、激光測距儀和計算機；三個CCD相機的前置設有偏振片，偏振片與被攝場景之間設有雙層濾光片轉輪，雙層濾光片轉輪受控于電機系統(tǒng)；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理，同時激光測距儀將測得的距離信號輸出至計算機，計算機根據(jù)激光測距儀的信息，對圖像幾何校正和偏振圖像計算得到的偏振多波段后，再發(fā)送信號給電機系統(tǒng)控制雙層濾光片轉輪的轉動。通過控制電機轉動快速獲得圖像，且系統(tǒng)還具有圖像預處理、存儲及通信功能，因此能達到穩(wěn)定可靠工作、節(jié)省人力和財力的目的。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種多波段偏振成像系統(tǒng)，特別涉及一種新型光機電一體化多波段偏振成像系統(tǒng)，集成用于數(shù)據(jù)采集與處理的電路控制單元硬件模塊。
技術介紹
在現(xiàn)有技術中，成像偏振光譜儀在國內外已有原型樣機出現(xiàn)，在應用上還存在著一定的缺陷和不足。如日本國立航空宇宙實驗室采用旋轉偏振電調諧濾光片技術來獲取偏振光譜圖像，存在成像系統(tǒng)可靠性差、采集圖像的精度差以及無法獲得同一瞬時目標的真正偏振信息等問題，由于無法在同一瞬時獲得同一波段的偏振分量圖像，因此不能獲得目標的真正偏振光譜信息。美國陸軍實驗室研制的基于LCVR和偏振電調諧濾光片，雖然能夠提高偏振分量轉換的速度，但依然存在無法獲得同一瞬時目標的真正偏振信息和所獲得的偏振光譜圖像精度差等問題。美國空軍實驗室正在研制的基于偏振面陣CCD相機的成像偏振光譜儀，雖然不需旋轉偏振片，但由于偏振面陣CCD的制作難度較大，使這種成像偏振光譜儀仍難以實現(xiàn)。偏振光譜圖像雖具有較高的光譜分辨率，但需占用大量的計算機資源，這在實際應用中是一種負擔，研究表明在特征波段上進行目標檢測、識別可以達到較高的精度，存儲量明顯小，并且所需計算資源也小得多。安徽光學精密機械研究所在偏振成像裝置的設計中，將入射光用三分棱鏡分成三份，實現(xiàn)在不同偏振角度下的面陣CCD成像，這種處理方式會使入射到CCD上的能量很少，導致CCD成像受噪聲影響很大，信噪比極低，難以滿足圖像分析要求；三線陣CCD推掃式偏振成像探測裝置雖然能很好的利用入射光的全部能量，但成像速度較慢，且為單波段偏振成像系統(tǒng)，存在功能單一、應用范圍較窄等問題，難以滿足復雜多任務要求。
技術實現(xiàn)思路
要解決的技術問題為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本專利技術提出一種小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)，克服現(xiàn)有探測手段只能獲取目標表面輻射強度或只能獲取特定波段偏振圖像的缺陷。技術方案一種小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)，其特征在于包括雙層濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統(tǒng)、激光測距儀和計算機；三個CCD相機的前置設有偏振片，偏振片與被攝場景之間設有雙層濾光片轉輪，雙層濾光片轉輪受控于電機系統(tǒng)；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理，同時激光測距儀將測得的距離信號輸出至計算機，計算機根據(jù)激光測距儀的信息，對圖像幾何校正和偏振圖像計算得到的偏振多波段后，再發(fā)送信號給電機系統(tǒng)控制雙層濾光片轉輪的轉動；所述雙層濾光片轉輪上設有多個圓孔，每個圓孔內設置一個雙層濾光片，每個雙層濾光片只允許白光中的特定波段的光通過；所述三個CXD相機的前置的偏振片的偏振角度為0°、60°和120° ;三個CCD相機、電機系統(tǒng)和計算機處理之間的循環(huán)運動關系為:電機系統(tǒng)控制雙層濾光片轉輪轉1/6周時，觸發(fā)CCD相機成像，當雙層濾光片轉輪完成I周時，計算機進行圖像校正計算偏振參數(shù)；圖像校正結束存儲完成，計算機控制電機系統(tǒng)的電機重新使得轉雙層濾光片轉輪轉1/6周，啟動下一周期。所述多個雙層濾光片為5個濾光片和I個中性片，5個濾光片的中心波長及帶寬分別為 400nm, IOnm ；450nm, IOnm ；550nm, 40nm ；650nm, IOnm ；700nm, IOnm0有益效果本專利技術提出的一種小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)，采用三個不同偏振角度的CCD相機對同一場景進行成像，同時控制電機自動旋轉濾光片轉輪實現(xiàn)多波段偏振圖像。能夠獲取目標像元對應的多波段圖像立方體信息，包含目標不同波段的像元輻射強度、偏振度、偏振方位角等重要參數(shù)，大大提高了系統(tǒng)的探測能力。本專利技術與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:采用已成熟的濾光片轉輪、濾光片、偏振片和三CCD成像探測器，可以根據(jù)探測目的自定義選擇濾光片進行探測，三CCD相機同時工作，具有結構緊湊、體積小、快速等優(yōu)點；通過控制電機轉動快速獲得圖像，且系統(tǒng)還具有圖像預處理、存儲及通信功能，因此能達到穩(wěn)定可靠工作、節(jié)省人力和財力的目的，其整機性能如下:I)可以根據(jù)探測目的要求，自定義選擇最多可達6個波段的成像；2)相機響應時間在20ms以內，轉輪轉動周期小于150ms ；3)存儲量:可達4G，當圖像達到存儲容量時，會啟用通信模塊與地面工作站進行圖像數(shù)據(jù)轉移；4)通信能力:可以通過請求訪問式與地面工作站進行圖像傳輸訪問；5)地面分辨率GSD (按航高2000m計算):優(yōu)于2m ；6)瞬時視場:IF0V=2m/2000m=lmrad ；7)數(shù)據(jù)動態(tài)范圍:14bit/16bit ；8)偏振分辨率:在每個波段可以獲得Stokes參數(shù)中的線偏振分量、線偏振度分量、偏振相角分量圖像。附圖說明圖1為本專利技術小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)結構示意圖及一周期內信號傳遞方向及電路控制單元各個部分實現(xiàn)的具體功能；圖2為濾光片轉輪的機械結構圖；a:正視圖，b:側視圖;圖3為光在成像設備中的光路傳播路徑及偏振多波段數(shù)據(jù)立方體示意圖；a:光在成像設備中的光路傳播路徑，b:偏振多波段數(shù)據(jù)立方體；圖4為成像系統(tǒng)的信源到主控計算機的數(shù)據(jù)流向圖；圖5為平臺運動時，一周期內0°偏振方向CXD在不同時刻所成圖像的公共區(qū)域。具體實施方式現(xiàn)結合實施例、附圖對本專利技術作進一步描述:如圖1所示，系統(tǒng)包括濾光片轉輪、三CCD相機、電機、激光測距儀、電路控制單元等部分。如圖2所示，濾光片轉輪位于系統(tǒng)的最前端，只允許白光中的特定波段的光通過；緊接著是相機鏡頭前的偏振片，三偏振片的透光軸與參考方向分別固定為0°、60°、120°。在每一偏振片之后分別放一 (XD相機進行成像,本方案選取5個濾光片和I個中性片，5個濾光片的中心波長及帶寬分別為400nm, IOnm; 450nm, IOnm; 550nm, 40nm; 650nm,10nm;700nm，10nm。轉輪結構如圖所示。濾光片安裝在轉輪的各個孔內。本例CCD相機是維視MV-1300，轉輪的驅動電機為leadshine-1.8/4.0A步進電機。激光測距儀是東方金炬BFlOOO 型號。CXD的成像過程是由電路控制單元控制的。電路控制單元包括電機系統(tǒng)和計算機，是本系統(tǒng)的核心部件，I)首先由電路控制單元中的電機控制模塊控制進行電機初始化，電機和濾光片轉輪之間同軸帶動，精確控制電機轉動使濾光片轉輪到正確位置，也即使濾光片轉輪兩層之間的孔完全重合；2)接著發(fā)送反饋信號給CCD相機控制模塊，同時控制三CCD相機，自動曝光進行成像，成像完畢后進行圖像的保存，該功能由電路控制單元中的圖像存儲模塊完成；3)完成后該模塊發(fā)送反饋信號給電機控制模塊，控制電機帶動濾光片轉輪轉動1/6周；4)轉動完畢后，重復2，3直至一個周期；5) —周期后，圖像存儲模塊的反饋信號對圖像計算模塊進行觸發(fā)，并根據(jù)激光測距儀等提供的所需信息，對包括圖像幾何校正和偏振圖像計算的圖像和單元模塊并進行計算后得到的偏振多波段圖像存儲，完畢后發(fā)送信號給電機控制模塊，進行下一周期，重復1，2，3，4，5。地面通過向電路控制單元中的通信模塊發(fā)送訪問請求信號，可以傳輸回計算單元計算得到的偏振多波段圖像。控制單元的照片如: 由于三個C⑶相機之間存在位置差異且固定，所成的像也存在一些像元偏移，也即三個CXD相機的圖像中的同一圖像坐標對應的目標點存在差異，而獲取Stokes及偏振參數(shù)圖像需對不同偏振角度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種小型自動濾光片轉輪多波段偏振成像系統(tǒng)，其特征在于包括雙層濾光片轉輪、三個CCD相機、電機系統(tǒng)、激光測距儀和計算機；三個CCD相機的前置設有偏振片，偏振片與被攝場景之間設有雙層濾光片轉輪，雙層濾光片轉輪受控于電機系統(tǒng)；三個CCD相機將攝取的圖像輸出至計算機進行處理，同時激光測距儀將測得的距離信號輸出至計算機，計算機根據(jù)激光測距儀的信息，對圖像幾何校正和偏振圖像計算得到的偏振多波段后，再發(fā)送信號給電機系統(tǒng)控制雙層濾光片轉輪的轉動；所述雙層濾光片轉輪上設有多個圓孔，每個圓孔內設置一個雙層濾光片，每個雙層濾光片只允許白光中的特定波段的光通過；所述三個CCD相機的前置的偏振片的偏振角度為0°、60°和120°；三個CCD相機、電機系統(tǒng)和計算機處理之間的循環(huán)運動關系為：電機系統(tǒng)控制雙層濾光片轉輪轉1/6周時，觸發(fā)CCD相機成像，當雙層濾光片轉輪完成1周時，計算機進行圖像校正計算偏振參數(shù)；圖像校正結束存儲完成，計算機控制電機系統(tǒng)的電機重新使得轉雙層濾光片轉輪轉1/6周，啟動下一周期。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙永強，張清勇，楊勁翔，
申請(專利權)人：西北工業(yè)大學，
類型：實用新型
國別省市：
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