一种偏振成像设备制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术结构简单，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。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振成像设备
本专利技术涉及图像数据产生和处理
，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。
技术介绍
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[1]，它有四个分量，写作S＝[S0，S1，S2，S3]。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[2]的偏振相机[3]，第二类是基于聚焦光场成像结构[4](即“FocusedPlenopticCamera”)的偏振相机[5]。受第一代光场成像结构的原理限制[2]，第一类偏振相机的成像结果分辨率很低，见文献[3]。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。TodorGeorgiev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[5]，这种偏振相机属于上述的第二类。TodorGeorgiev设计的系统存在如下缺陷：1)偏振成像功能单一。TodorGeorgiev在相机镜头中放入的偏振调制元件只能产生线偏振光。这种结构只具备线偏振测量的潜力，不能实现全偏振测量，而且也不具备在“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式之间灵活切换的能力。2)只能对某一个特定的物方平面成像。当被摄目标与成像系统之间的距离偏离预先设定值的时候，图像会出现马赛克效应，导致成像质量变差。3)输出的偏振图像分辨率低。这种成像系统用来进行光的偏振调制的元件是由四块小的光学元件拼接起来的，其接缝会在图像中产生模糊的投影，从而干扰成像。针对该问题，TodorGeorgiev采用的方法是将微透镜单元的二次成像放大倍率降低到1/5以下[5]，这样可以把偏振调制元件接缝在图像上的模糊投影区域显著缩小，但是输出图像分辨率仍然只有原始图像分辨率的1/30。综上所述，在现有技术条件下缺少一种可同时实现结构小巧、实时、高分辨的偏振成像设备，尤其是缺少能够根据实际拍摄场景的需求，实现“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式灵活切换的偏振成像设备。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题是：针对任意距离上的被摄目标，提供一种实时性强、分辨率高的偏振成像设备，而且可以根据被摄目标的偏振特性实现“线偏振成像”模式和“全偏振成像”模式便捷切换。本专利技术的技术方案是：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，光圈的通光孔为矩形；此外，还包括四象限偏振调制阵列滤光片，光圈插片；其中，所述微透镜阵列中，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；相邻微透镜单元之间的空隙不透光；设微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和镜头成像面之间的距离为a，微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和聚焦光场相机本体的成像感光面之间的距离为b，则有：四象限偏振调制阵列滤光片满足下述条件：假设一束光沿逆着成像设备入射光线的方向通过四象限偏振调制阵列滤光片，四个象限出射光的偏振态分别对应邦加球上的四个点，分别为P1,P2,P3,P4。需同时满足以下两点要求：第一，P1,P2,P3,P4这四个点均位于邦加球表面；第二，P1,P2,P3,P4四点不共面，或者P1,P2,P3,P4均位于邦加球的赤道线上、但最多有两点可重合。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。进一步地，矩形光圈的通光口径可调节。本专利技术的有益效果针对现有技术不足，本专利技术提供一种实时偏振成像设备，具体有益效果如下：1)本设备结构简单，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。2)得益于微透镜单元的稀疏排布设计，缩小了四象限偏振调制阵列滤光片上的接缝在图像中产生模糊投影的区域，从而提高了输出图像的分辨率。3)得益于可调口径的矩形光圈，当被摄目标与成像设备的距离发生改变时，或者使用变焦距镜头来改变成像视场角时，本设备均可获取高清晰度的偏振成像结果。4)同样得益于光圈插片的可调式设计，通过在插片上安装不同的四象限偏振调制阵列滤光片，可以根据实际拍摄场景目标辐射光的偏振特性，轻易实现线偏振成像模式和全偏振成像模式之间的灵活切换，从而具有较强的环境目标适应能力。附图说明图1为本专利技术的设备结构示意图；图2为本专利技术所涉及的微透镜阵列上的微透镜排布方式示意图；图3为本专利技术所涉及的微透镜阵列结构示意图；图4为本专利技术所涉及的矩形光圈的实现方式示意图；图5为本专利技术所涉及的四象限偏振调制阵列滤光片的五种实现方式示意图；图6为一束光穿过四象限偏振调制阵列滤光片的示意图；图7为图6中的四束出射光的偏振态在邦加球上允许的分布形式示意图；图8为本专利技术所涉及的光圈插片的三种实现方式示意图；图9为本专利技术所涉及的镜头的三种实现方式示意图；图10为图像马赛克效应的原理示意图。具体实施步骤本设备是在聚焦光场相机结构的基础上实现的。现有文献中一般公认[4,5]：“聚焦光场相机”指的是包含镜头、微透镜阵列和成像感光元件的成像系统。其中，微透镜阵列的英文名称为MicrolensArray[4,5]，是一种平板状的光学元件，在其表面排布有很多微小的微透镜单元。在本专利技术中，为了与上述的“聚焦光场相机”概念加以区分，我们将聚焦光场相机中不包含镜头的那一部分称为“聚焦光场相机本体”。参照图1，已知现有的聚焦光场相机的结构特点[4,5]为：在镜头1和聚焦光场相机本体2的成像芯片9之间放置一个微透镜阵列3，微透镜阵列3位于镜头1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振成像设备，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，/n光圈的通光孔为矩形；/n此外，还包括四象限偏振调制阵列滤光片，光圈插片；/n其中，所述微透镜阵列中，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；相邻微透镜单元之间的空隙不透光；/n设微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和镜头成像面之间的距离为a，微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和聚焦光场相机本体的成像感光面之间的距离为b，则有：

【技术特征摘要】
1.一种偏振成像设备，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，
光圈的通光孔为矩形；
此外，还包括四象限偏振调制阵列滤光片，光圈插片；
其中，所述微透镜阵列中，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；相邻微透镜单元之间的空隙不透光；
设微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和镜头成像面之间的距离为a，微透镜阵列中所有微透镜单元所在平面和聚焦光场相机本体的成像感光面之间的距离为b，则有：
四象限偏振调制阵列滤光片满足下述条件：
假设一束光沿逆着成像设备入射光线的方向通过四象限偏振调制阵列滤光片，四个象限出射光的偏振态分别对应邦加球上的四个点，分别为P1,P2,P3,P4；需同时满足以下两点要求：第一，P1,P2,P3,P4这四个点...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹毓，
申请(专利权)人：曹毓，
类型：发明
国别省市：湖南;43