本發(fā)明涉及一種仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置與方法，屬于目標(biāo)的光學(xué)探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在自然界中，通過反射、多次折射、雙折射和選擇性吸收的方法都可以獲得偏振光，并且每個(gè)物體表面的光反射都具有不同的譜段特性和偏振特性，偏振態(tài)的探測可以有效區(qū)分目標(biāo)物體和周邊背景的差異。在偏振態(tài)探測裝置中，由波片和偏振片構(gòu)成偏振探測器件，完成偏振探測。然而，所述偏振探測器件只能探測一種或者兩種波長光的偏振態(tài)，而現(xiàn)實(shí)中的目標(biāo)物體和周邊背景多種多樣。如果不分譜段進(jìn)行偏振探測，由于不同譜段的透光率不同，導(dǎo)致透光非均勻；另外，不分譜段的探測方式也未顧及包括偏振度、偏振角在內(nèi)的偏振特性的差異。結(jié)果是所進(jìn)行的偏振探測存在缺陷。

蝦蛄眼是一種復(fù)眼，由上千個(gè)小眼構(gòu)成，每個(gè)小眼都是一個(gè)感桿束，由微絨毛以獨(dú)特的方式排列形成，使其具有識(shí)別偏振態(tài)的能力。從表面上看，這些小眼分成腹側(cè)、背側(cè)和中頻帶三個(gè)區(qū)域，腹側(cè)、背側(cè)分布若干相同的小眼，能夠識(shí)別線偏振，中頻帶的小眼能夠識(shí)別光的波長和偏振態(tài)。中頻帶的若干小眼在與中頻帶平行的方向上呈6排分布。1～4排分布的若干小眼負(fù)責(zé)顏色也就是光的波長的識(shí)別，每一排小眼識(shí)別一種或者兩種顏色。5、6排分布的若干小眼結(jié)構(gòu)相同，但5排與6排的小眼的偏振方向不同。通過仿效具有多通道譜段識(shí)別能力的蝦蛄眼的偏振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠完成譜段能量的探測，進(jìn)而識(shí)別目標(biāo)偏振態(tài)，提高目標(biāo)的探測與識(shí)別精度，同時(shí)提高目標(biāo)的探測與識(shí)別概率。

在申請(qǐng)公布號(hào)為cn103900696a、名稱為“一種仿螳螂蝦視覺偏振拮抗感知的水下偏振成像方法”的一件中國發(fā)明專利申請(qǐng)中，通過采集拮抗對(duì)偏振信號(hào)，得到偏振度參數(shù)和合成光強(qiáng)參數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)成像。該方案能夠提高水下目標(biāo)成像探測精度，但是，該方案獲得的僅僅是偏振度圖像信息，并非偏振態(tài)信息，也就是并未做偏振態(tài)識(shí)別，在目標(biāo)識(shí)別能力以及偏振探測精度方面進(jìn)展有限。

一本由springerberlinheidelberg于2016年出版的書名為《multi-bandpolarizationimagingandapplications》的出版物中收錄一篇題為“bio-inspiredmulti-bandpolarizationimaging”的文章，披露一種仿蝦蛄眼的大視場多譜段偏振視覺系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)由9個(gè)相機(jī)按3×3陣列排布構(gòu)成，位于陣列四角和中心的5個(gè)相機(jī)屬于光譜通道，實(shí)現(xiàn)光譜識(shí)別，其他4個(gè)相機(jī)為4個(gè)方向的偏振通道，該4個(gè)方向分別為0°、45°、90°、135°四個(gè)透光方向，9個(gè)相機(jī)獲得的圖像輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)圖像處理獲得大視場的偏振圖像和光譜圖像。然而，該方案同樣未做偏振態(tài)識(shí)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明之目的在于，通過仿蝦蛄眼結(jié)構(gòu)，在多譜段中擇一進(jìn)行目標(biāo)偏振態(tài)探測和識(shí)別，以提高目標(biāo)識(shí)別能力和偏振探測精度，為此我們發(fā)明了一種仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置與方法。

本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置其特征在于，如圖2所示，在組合成像物鏡1內(nèi)，光軸彼此平行的4個(gè)成像物鏡2規(guī)則排布且位置固定；可切換濾光片組由若干工作譜段不同的濾光片3沿轉(zhuǎn)盤4圓周等距分布構(gòu)成，如圖3所示；在四通道偏振鏡5內(nèi)，4個(gè)彼此平行的45°、-45°、0°、90°偏振通道規(guī)則排布且位置固定，45°、-45°、0°、90°偏振片6位于對(duì)應(yīng)偏振通道中，0°、90°偏振片各前置一片45°¹/4波片7；在組合探測器8內(nèi)，感光面位于同一平面內(nèi)、朝向一致的4個(gè)光電探測器9規(guī)則排布且位置固定；所述4個(gè)成像物鏡2、4個(gè)偏振通道、4個(gè)光電探測器9的排布方式相同，并以以下4種形式依次構(gòu)成45°、-45°、0°、90°偏振態(tài)探測通道：成像物鏡2、45°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、-45°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、45°¹/4波片7、0°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、45°¹/4波片7、90°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；濾光片3位于組合成像物鏡1、四通道偏振鏡5之間；4個(gè)光電探測器9分別與計(jì)算機(jī)10電連接。

本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測方法其特征在于：

步驟a，由可切換濾光片組確定探測譜段λi，由45°、-45°、0°、90°偏振態(tài)探測通道探測到的目標(biāo)光強(qiáng)依次為i1、i2、i3、i4，并輸入計(jì)算機(jī)10；

步驟b，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i1、i2、i3、i4均為0，則報(bào)錯(cuò)，并重新采集目標(biāo)光強(qiáng)數(shù)據(jù)，否則執(zhí)行步驟c；

步驟c，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i3、i4一個(gè)為0、一個(gè)不為0，識(shí)別目標(biāo)光為圓偏振光，執(zhí)行步驟d；如果i3、i4均不為0，執(zhí)行步驟e；如果i3、i4均為0，執(zhí)行步驟b；

步驟d，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i3＝0，i4≠0，則識(shí)別目標(biāo)光為左旋圓偏振光，執(zhí)行步驟f；當(dāng)計(jì)算機(jī)11判斷i3≠0，i4＝0，則識(shí)別目標(biāo)光為右旋圓偏振光，執(zhí)行步驟f；

步驟e，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i1、i2、i3、i4滿足公式(1)，則識(shí)別目標(biāo)光為線偏振光，執(zhí)行步驟f；否則為橢圓偏振光，執(zhí)行步驟f，

步驟f，計(jì)算機(jī)10輸出探測譜段λi目標(biāo)光的偏振態(tài)。

本發(fā)明其技術(shù)效果在于，探測裝置中的可切換濾光片組能夠擇一選定探測譜段，進(jìn)而抑制被測目標(biāo)背景噪聲，目標(biāo)信號(hào)相對(duì)增強(qiáng)，提高了目標(biāo)的獲取精度。探測裝置中的組合成像物鏡1仿蝦蛄眼角膜部分，對(duì)探測目標(biāo)進(jìn)行成像；探測裝置中的四通道偏振鏡5仿蝦蛄眼多通道偏振結(jié)構(gòu)、微絨毛陣列，其中，45°偏振通道仿蝦蛄眼的腹側(cè)小眼通道，-45°偏振通道仿蝦蛄眼的背側(cè)小眼通道，0°、90°偏振通道仿蝦蛄眼的中頻帶5排、6排小眼通道。在此基礎(chǔ)上，探測方法能夠進(jìn)一步細(xì)化所獲取的偏振信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的偏振態(tài)探測。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有仿蝦蛄眼的大視場多譜段偏振視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖3是本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置中的可切換濾光片組結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置中的成像物鏡、偏振通道和光電探測器的田字排布方式示意圖。圖5是本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置中的成像物鏡、偏振通道和光電探測器的一字排布方式示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測裝置的一個(gè)具體方案如下所述。如圖2所示，在組合成像物鏡1內(nèi)，光軸彼此平行的4個(gè)成像物鏡2規(guī)則排布且位置固定?？汕袚Q濾光片組由若干工作譜段不同的濾光片3沿轉(zhuǎn)盤4圓周等距分布構(gòu)成，如圖3所示。在四通道偏振鏡5內(nèi)，4個(gè)彼此平行的45°、-45°、0°、90°偏振通道規(guī)則排布且位置固定，45°、-45°、0°、90°偏振片6位于對(duì)應(yīng)偏振通道中，0°、90°偏振片各前置一片45°¹/4波片7。在組合探測器8內(nèi)，感光面位于同一平面內(nèi)、朝向一致的4個(gè)光電探測器9規(guī)則排布且位置固定。所述4個(gè)成像物鏡2、4個(gè)偏振通道、4個(gè)光電探測器9的排布方式相同，包括田字排布方式，如圖4所示，或者一字排布方式，如圖5所示，并以以下4種形式依次構(gòu)成45°、-45°、0°、90°偏振態(tài)探測通道：成像物鏡2、45°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、-45°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、45°¹/4波片7、0°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列；成像物鏡2、45°¹/4波片7、90°偏振片6、光電探測器9依次同軸排列。濾光片3位于組合成像物鏡1、四通道偏振鏡5之間。4個(gè)光電探測器9分別與計(jì)算機(jī)10電連接。

所述的角度45°、-45°、0°、90°的基準(zhǔn)為水平方向；45°、-45°、0°、90°偏振片6的透光軸依次與水平方向成45°、-45°、0°、90°角；45°¹/4波片7的快軸與水平方向成45°角。

本發(fā)明之仿蝦蛄眼譜段可選偏振態(tài)探測方法的一個(gè)具體方案如下所述。

步驟a，由可切換濾光片組確定探測譜段λi，由45°、-45°、0°、90°偏振態(tài)探測通道探測到的目標(biāo)光強(qiáng)依次為i1、i2、i3、i4，并輸入計(jì)算機(jī)10。

步驟b，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i1、i2、i3、i4均為0，則報(bào)錯(cuò)，并重新采集目標(biāo)光強(qiáng)數(shù)據(jù)，否則執(zhí)行步驟c。

步驟c，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i3、i4一個(gè)為0、一個(gè)不為0，識(shí)別目標(biāo)光為圓偏振光，執(zhí)行步驟d；如果i3、i4均不為0，執(zhí)行步驟e；如果i3、i4均為0，執(zhí)行步驟b。

步驟d，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i3＝0，i4≠0，則識(shí)別目標(biāo)光為左旋圓偏振光，執(zhí)行步驟f；當(dāng)計(jì)算機(jī)11判斷i3≠0，i4＝0，則識(shí)別目標(biāo)光為右旋圓偏振光，執(zhí)行步驟f。

步驟e，當(dāng)計(jì)算機(jī)10判斷i1、i2、i3、i4滿足公式(1)，則識(shí)別目標(biāo)光為線偏振光，執(zhí)行步驟f；否則為橢圓偏振光，執(zhí)行步驟f，

公式(1)由以下4個(gè)光強(qiáng)公式推導(dǎo)而得：

i1＝a²cos²(45°-θ)，

i2＝a²cos²(45°+θ)，

i3＝a²cos45°[cos²(45°-θ)+cos(45°+θ)]²，

i4＝a²cos45°[cos²(45°-θ)-cos(45°+θ)]²，

其中，α為偏振振幅，θ為偏振角。

步驟f，計(jì)算機(jī)10輸出探測譜段λi目標(biāo)光的偏振態(tài)。