[发明专利]一种偏振成像设备

说明书

本发明提供一种偏振成像设备，包括镜头，带有微透镜阵列的聚焦光场相机本体。其特征在于，还包括四象限偏振调制阵列滤光片、光圈插片，光圈的通光孔为矩形。其中，微透镜阵列中每个微透镜单元的形状和焦距均相同；微透镜单元之间按照矩形稀疏排布。光圈插片位于镜头光阑处，一个或者多个四象限偏振调制阵列滤光片固定在光圈插片上。通过调节光圈插片，能够使光圈插片上固定的任意一个四象限偏振调制阵列滤光片位于镜头光轴上，且该四象限偏振调制阵列滤光片的平面垂直于镜头光轴。本发明结构简单，体积小巧，使用方便，而且可实现实时、高分辨率的线偏振成像或全偏振成像。

技术领域

本发明涉及图像数据产生和处理技术领域，特别是一种实时、高分辨率的偏振成像设备，尤其是一种可在“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式之间灵活切换的偏振成像设备。

背景技术

用来获得目标场景光辐射的偏振信息的成像设备，称为偏振相机。光的偏振特性一般用Stokes矢量(S)来精确描述，它有四个分量，写作S＝[S₀，S₁，S₂，S₃]，参见文献1：季家鎔.《高等光学教程——光学的基本电磁理论》[M],北京：科学出版社,2009年,42-43。当偏振相机只能获取目标光辐射的Stokes矢量中前三个分量(即S₀，S₁和S₂)时，我们称其为线偏振相机，当偏振相机能获取目标光辐射的Stokes矢量S的全部四个分量时，我们称其为全偏振相机。偏振相机根据获取图像实时性的差别，还可分为实时偏振相机和非实时偏振相机。考虑到很多实际的应用场合下，被拍摄的目标都不是静止不动的，非实时相机获得的结果会出现“伪影”而显著降低成像效果，因此实时偏振相机才是人们的重点研究方向。

另外，虽然全偏振相机可以获得目标光辐射的全部偏振信息，但是由于被测的未知变量更多，其测量结果的精度和稳定性一般比线偏振相机要差。如果事先已知拍摄场景中本来就不包含圆偏振分量S₃，则使用线偏振相机不但成本更低，而且测量结果精度也更高。这就要求：偏振相机最好能根据实际应用场合，在“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式之间灵活切换。能具备这一潜力的实时偏振相机目前只有一种：即基于光场成像结构的偏振相机。

基于光场成像结构的偏振相机也分为两类，第一类是基于第一代光场成像结构的偏振相机，参见文献2：Ren Ng.Digital Light Field Photography[D].San Francisco:Stanford University,2006，以及文献3：国家发明专利申请，“快照式紧凑噪声免疫型光场成像全偏振光谱探测装置及方法”，申请号：201710097593.1。第二类是基于聚焦光场成像结构(即“Focused Plenoptic Camera”)的偏振相机，参见文献4：Todor Georgiev,AndrewLumsdaine.Focused Plenoptic Camera and Rendering[J].Journal of ElectronicImaging,2010,19(2),021106，以及文献5：Todor Georgiev,Andrew Lumsdaine.Methodsand Apparatus for Rich Image Capture with Focused Plenoptic Cameras[P].USPatent,US-8345144B1,2013。。受第一代光场成像结构的原理限制，第一类偏振相机的成像结果分辨率很低。文献3实现了目标的全偏振探测，属于全偏振相机，但是不具备在“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式之间灵活切换的能力。

Todor Georgiev等人对基于聚焦光场成像结构的偏振相机进行了研究，并于2013年申请了美国专利，这种偏振相机属于上述的第二类。Todor Georgiev设计的系统存在如下缺陷：

1)偏振成像功能单一。