[发明专利]一种大气偏振模式检测及航向解算系统及方法

权利要求书

1.一种大气偏振模式检测及航向解算系统，其特征在于，包括四通道偏振图像采集装置和数据处理计算机两部分，所述的四通道偏振图像采集装置包括四通道图像采集模块、图像监控模块、设备驱动及数据存储模块，其中四通道图像采集模块均通过路由与设备驱动及数据存储模块连接，设备驱动及数据存储模块分别与图像监控模块、数据处理计算机连接；

所述的四通道图像采集模块包括四路并列安装的摄像机、摄像机安装架、镜头，其中镜头前设置有蓝色滤光片和偏振单元，且偏振单元设置于镜头与蓝色滤光片之间；摄像机安装架上设置安装孔用于固定摄像机和排线；

所述设备驱动及数据存储模块，用于驱动四通道图像采集模块拍摄大气偏振图像，并将采集到的图像数据保存起来；

所述图像监控模块包括视频显示器和视频信号转换器，所述的视频信号转换器将从设备驱动及数据存储模块读取的VGA信号转换为AV信号，所述视频显示器用于监控摄像机拍摄到的图像，且接收上述AV信号；

所述数据处理计算机包括偏振信息检测模块、航向角解算模块，数据处理计算机向所述设备驱动及数据存储模块发送指令，完成大气偏振图像的采集与存储工作；所述的偏振信息检测模块采用Stokes矢量法从拍摄的大气偏振图像中提取每一点的偏振度和偏振方位角；所述的航向角解算模块通过提取的偏振信息解算载体航向角；

所述四通道图像采集模块中的偏振单元为一块自带安装结构的偏振片，能够固定在摄像机镜头的前端，且该偏振片配备有刻度轮盘，轮盘上的刻度与偏振片的度数经过测量一一对应，旋转刻度轮盘带动偏振片一起旋转，进而改变偏振片相对测量基准的偏振度；

所述数据处理计算机中的偏振信息检测模块、航向角解算模块，为采用C++编写的MFC界面，整个界面包括偏振模式检测功能区和航向信息解算区；

所述的偏振模式检测功能区上共有4个按钮，分别为：读取图像、灰度化、偏振特性、图像存储；所述的读取图像按钮将四通道偏振图像采集装置获取的四张大气偏振图像读取并显示在界面上；所述的灰度化按钮对四张大气偏振图像进行灰度化处理，并将灰度图显示在界面上；所述的偏振特性按钮提取拍摄区域的大气偏振信息，并将生成的偏振度图像和偏振化方向图像依次显示在界面上；

所述的航向信息解算区上有1个姿态解算按钮，通过点击该按钮，可对载体的航向角进行解算，并将结果显示在界面上。

2.根据权利要求1所述的大气偏振模式检测及航向解算系统，其特征在于，所述四路并列安装的摄像机，其中摄像机型号为HIKVISION 200万1/3”CMOS ICR日夜型枪型网络摄像机，最高分辨率达1920×1080@30fps，可输出实时图像；所述的镜头采用可见光波段的光学镜头。

3.一种大气偏振模式检测及航向解算方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的大气偏振模式检测及航向解算系统，包括以下步骤：

步骤1，数据处理计算机向设备驱动及数据存储模块发送指令，完成大气偏振图像的采集与存储工作；

步骤2，偏振信息检测模块采用Stokes矢量法从拍摄的大气偏振图像中提取每一点的偏振度和偏振方位角，具体为：

(2.1)读取四通道偏振图像采集装置获取的四张大气偏振图像；

(2.2)对大气偏振图像进行灰度化处理，计算灰度值，即获取拍摄区域内的亮度信息；

(2.3)计算拍摄区域内每一点的Stokes各参量；

(2.4)提取拍摄区域的偏振信息；

步骤3，航向角解算模块通过提取的偏振信息解算载体航向角；

步骤2所述的Stokes矢量法是一种偏振测量方法，用于表征光的偏振态，Stokes矢量通常表示为S＝(I,Q,U,V)^T，其中，I表示总光强，Q和U分别表示两个方向的线偏振分量，V为圆偏振分量；偏振度d和偏振方位角由Stokes矢量表示为：