一种多功能半球天空偏振成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多功能半球天空偏振成像系统，包括自动滤光偏振相机、俯仰方位转台和主控系统平台，自动滤光偏振相机用于接收所述主控系统平台发送的控制命令进行多波段的全偏振成像；俯仰方位转台与自动滤光偏振相机稳定连接，用于调整所述自动滤光偏振相机的视场；俯仰方位转台接收主控系统平台发来的命令进行相应指令的运动，并将实际运动信息返回给主控系统平台；主控系统平台用于控制所述自动滤光偏振相机的全偏振成像、所述俯仰方位转台的转动，以及偏振数据的采集、显示及存储。该系统可以用于大范围偏振特性的测量，同时兼顾跟踪及图像拼接功能，具有偏振测量范围大、功能多、精度高的特点。

A Multifunctional Hemispheric Sky Polarization Imaging System

The invention discloses a multi-functional hemispheric sky polarization imaging system, which comprises an automatic filter polarization camera, an elevation azimuth turntable and a main control system platform. The automatic filter polarization camera is used to receive control commands sent by the main control system platform for multi-band full polarization imaging. The elevation azimuth turntable is stably connected with the automatic filter polarization camera for adjusting the automatic filter. The field of view of the polarization camera; the pitch azimuth turntable receives commands from the main control system platform to carry out the corresponding movement, and returns the actual motion information to the main control system platform; the main control system platform is used to control the polarization imaging of the automatic filter polarization camera, the rotation of the pitch azimuth turntable, and the collection, display and storage of polarization data. The system can be used to measure the polarization characteristics in a wide range, taking into account the tracking and image mosaic functions. It has the characteristics of large polarization measurement range, multiple functions and high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能半球天空偏振成像系统
本专利技术涉及偏振成像探测
，尤其涉及一种多功能半球天空偏振成像系统。
技术介绍
偏振是电磁辐射矢量性质的体现，其应用价值在许多领域引起重视，偏振相机是获取偏振信息的主要仪器之一，偏振相机在获取目标偏振信息的同时，可获得目标的反射、折射或散射后的辐亮度、光谱等信息，从而把信息量从三维(光强、光谱和空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、椭偏率和旋转方向)，为深入、全面地感知目标特性提供了手段。偏振信息的方向敏感性有助于目标表面状态、结构特征和材料类型等的反演。偏振信息状态对于识别不同的地物目标(自然地物、人工设施)、大气气溶胶、云层等，都具有特殊作用。现有技术中已经针对全偏振成像方法进行探究，改进了全偏振成像精度，但对于大视场、无人值守全偏振相机的研究工作开展较少，缺乏相应的解决手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多功能半球天空偏振成像系统，该系统可以用于大范围偏振特性的测量，同时兼顾跟踪及图像拼接功能，具有偏振测量范围大、功能多、精度高的特点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种多功能半球天空偏振成像系统，所述系统包括自动滤光偏振相机、俯仰方位转台和主控系统平台，其中：所述自动滤光偏振相机用于实现多波段的电动及手动切换、偏振片的电动旋转，并接收所述主控系统平台发送的控制命令进行多波段的全偏振成像；所述俯仰方位转台与所述自动滤光偏振相机稳定连接，用于调整所述自动滤光偏振相机的视场；所述俯仰方位转台能实现360度方位角度、180度俯仰角度范围的旋转；所述俯仰方位转台直接受所述主控系统平台的控制，接收所述主控系统平台发来的命令进行相应指令的运动，并将实际运动信息返回给所述主控系统平台；所述主控系统平台采用便携式地面站结构，用于控制所述自动滤光偏振相机的全偏振成像、所述俯仰方位转台的转动，以及偏振数据的采集、显示及存储，并能实现对场景图像的拼接。所述自动滤光偏振相机具体包括探测器、相机镜头、滤光片轮、自动偏振转轮、消色差波片、消色差波片安装座、消色差波片转接板、相机安装板、转轮转接板和外壳，其中：所述滤光片轮内安装有六片不同波段的滤光片，能实现滤光片的电动或手动切换；所述自动偏振转轮内安装有线偏振片，能通过驱动所述自动偏振转轮的旋转改变偏振方向；所述消色差波片安装座内安装有消色差波片，能在很宽的波长范围内实现较为一致的相位延迟；所述探测器通过螺纹连接固定在所述相机安装板上，所述滤光片轮、自动偏振转轮通过螺纹连接固定在所述转轮转接板上，所述转轮转接板与所述相机安装板通过螺纹固定连接；所述消色差波片安装座通过快拆结构安装在所述自动偏振转轮上，进行线偏振测量时能快速拆卸，进行圆偏振测量时能快速安装；其中，所述探测器、相机镜头、滤光片轮、自动偏振转轮、消色差波片安装座的光轴位于同一直线上，所述探测器依次通过所述相机镜头、滤光片轮、自动偏振转轮、消色差波片安装座对待测目标进行偏振成像。所述俯仰方位转台包括机械框架、传感器和硬件电路板，其中：所述机械框架由上至下分别由俯仰轴系、方位轴系以及底座组成，所述俯仰轴系支撑俯仰框架沿垂直方向进行90°的旋转，所述方位轴系支撑方位框架沿水平方向进行180°的旋转；所述传感器安装在所述俯仰轴系和方位轴系中；所述硬件电路板安装在所述底座内；其中，所需要的软件算法固化在所述硬件电路板的CPU中。所述自动滤光偏振相机通过所述俯仰轴系末端的机械接口与所述俯仰方位转台固连，使所述自动滤光偏振相机能完成对环形球面上半球冠景物的扫描与拍摄。所述主控系统平台的硬件包括内置计算机、内置供电模块、内置驱动器、显示器和主控系统平台面板，其中：所述内置驱动器包括滤光片轮驱动器、自动偏振转轮驱动器；所述滤光片轮驱动器、自动偏振转轮驱动器分别用于控制所述自动滤光偏振相机中滤光片轮、自动偏振转轮的同步转动；所述内置计算机分别与探测器、滤光片轮驱动器、自动偏振转轮驱动器、俯仰方位转台、电源管理单元连接，实现对上述部件的控制；所述主控系统平台面板的外置接口包括：电池充电接口、自动偏振转轮接口、滤光片轮接口、相机接口、指北仪接口、鼠标接口、俯仰方位转台接口、键盘、USB2.0接口、外接电源接口、内/外部供电选择开关、主控计算机电源开关、自动偏振转轮驱动器开关、滤光片轮驱动器开关、电压显示模块和散热孔。所述主控系统平台的主控软件基于Windows操作系统采用C++开发，整个人机交互界面为综合控制台。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述系统可以用于大范围偏振特性的测量，同时兼顾跟踪及图像拼接功能。一方面，其俯仰方位转台为其提供了环形球面上半球冠景物的扫描与拍摄模式，结合图像拼接，可实现半球天空的全偏振成像；另外一方面，其自动跟踪可实现对目标的有效搜索和跟踪，待目标停止运动后进一步捕捉到有效目标的偏振信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的多功能半球天空偏振成像系统的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供自动滤光偏振相机的结构示意图；图3为本专利技术实施例所述自动滤光偏振相机的光学原理图；图4为本专利技术实施例所提供俯仰方位转台的结构示意图；图5为本专利技术实施例所提供主控系统平台的结构框架示意图；图6为本专利技术实施例所提供主控系统平台面板外置接口的示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的多功能半球天空偏振成像系统的整体结构示意图，所述系统包括自动滤光偏振相机、俯仰方位转台和主控系统平台，其中：所述自动滤光偏振相机用于实现多波段的电动及手动切换、偏振片的电动旋转，并接收所述主控系统平台发送的控制命令进行多波段的全偏振成像；所述俯仰方位转台与所述自动滤光偏振相机稳定连接，用于调整所述自动滤光偏振相机的视场；所述俯仰方位转台能实现360度方位角度、180度俯仰角度范围的旋转；所述俯仰方位转台直接受所述主控系统平台的控制，接收所述主控系统平台发来的命令进行相应指令的运动，并将实际运动信息返回给所述主控系统平台；所述主控系统平台采用便携式地面站结构，用于控制所述自动滤光偏振相机的全偏振成像、所述俯仰方位转台的转动，以及偏振数据的采集、显示及存储，并能实现对场景图像的拼接。具体实现中，可以实现对典型地面、空中目标的大小不同视场的偏振成像，以及对典型地面、空中目标的手动、自动跟踪。下面对各部分的具体组成及结构进行详细描述：如图2所示为本专利技术实施例所提供自动滤光偏振相机的结构示意图，所述自动滤光偏振相机具体包括1-1滤光片轮、1-2自动偏振转轮、1-3消色差波片安装座、1-4消色差波片、1-5消色差波片转接板、1-6转轮转接板、1-7相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能半球天空偏振成像系统，其特征在于，所述系统包括自动滤光偏振相机、俯仰方位转台和主控系统平台，其中：所述自动滤光偏振相机用于实现多波段的电动及手动切换、偏振片的电动旋转，并接收所述主控系统平台发送的控制命令进行多波段的全偏振成像；所述俯仰方位转台与所述自动滤光偏振相机稳定连接，用于调整所述自动滤光偏振相机的视场；所述俯仰方位转台能实现360度方位角度、180度俯仰角度范围的旋转；所述俯仰方位转台直接受所述主控系统平台的控制，接收所述主控系统平台发来的命令进行相应指令的运动，并将实际运动信息返回给所述主控系统平台；所述主控系统平台采用便携式地面站结构，用于控制所述自动滤光偏振相机的全偏振成像、所述俯仰方位转台的转动，以及偏振数据的采集、显示及存储，并能实现对场景图像的拼接。

【技术特征摘要】
1.一种多功能半球天空偏振成像系统，其特征在于，所述系统包括自动滤光偏振相机、俯仰方位转台和主控系统平台，其中：所述自动滤光偏振相机用于实现多波段的电动及手动切换、偏振片的电动旋转，并接收所述主控系统平台发送的控制命令进行多波段的全偏振成像；所述俯仰方位转台与所述自动滤光偏振相机稳定连接，用于调整所述自动滤光偏振相机的视场；所述俯仰方位转台能实现360度方位角度、180度俯仰角度范围的旋转；所述俯仰方位转台直接受所述主控系统平台的控制，接收所述主控系统平台发来的命令进行相应指令的运动，并将实际运动信息返回给所述主控系统平台；所述主控系统平台采用便携式地面站结构，用于控制所述自动滤光偏振相机的全偏振成像、所述俯仰方位转台的转动，以及偏振数据的采集、显示及存储，并能实现对场景图像的拼接。2.根据权利要求1所述多功能半球天空偏振成像系统，其特征在于，所述自动滤光偏振相机具体包括探测器、相机镜头、滤光片轮、自动偏振转轮、消色差波片、消色差波片安装座、消色差波片转接板、相机安装板、转轮转接板和外壳，其中：所述滤光片轮内安装有六片不同波段的滤光片，能实现滤光片的电动或手动切换；所述自动偏振转轮内安装有线偏振片，能通过驱动所述自动偏振转轮的旋转改变偏振方向；所述消色差波片安装座内安装有消色差波片，能在很宽的波长范围内实现较为一致的相位延迟；所述探测器通过螺纹连接固定在所述相机安装板上，所述滤光片轮、自动偏振转轮通过螺纹连接固定在所述转轮转接板上，所述转轮转接板与所述相机安装板通过螺纹固定连接；所述消色差波片安装座通过快拆结构安装在所述自动偏振转轮上，进行线偏振测量时能快速拆卸，进行圆偏振测量时能快速安装；其中，所述探测器、相机镜头、滤光片轮、自动偏振转轮、消色差波片安装座的光轴位于同一直线上，所述探测器依次通过所述相机镜头、滤光片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昕悦，郭文记，明星，范达，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11