一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙感成像儀定標(biāo)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng) 的偏振定標(biāo)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏振成像通過(guò)獲取目標(biāo)不同偏振分量的強(qiáng)度圖（偏振圖像），再利用數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)矩 陣得到目標(biāo)Stokes矢量圖，進(jìn)而得到目標(biāo)偏振角和偏振度等信息。根據(jù)偏振圖像獲取方式 不同，偏振成像一般可分為時(shí)序型、空域型和干涉型。時(shí)序型偏振成像采用分時(shí)改變?cè)?偏振特性獲得偏振圖像；空域型偏振成像米用分束器將系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng) 分別獲取偏振圖像；干涉型偏振成像采用分束器將光路調(diào)制為有偏振信息的多路，在探測(cè) 器上得到不同偏振分量的干涉強(qiáng)度圖，利用傅里葉變換計(jì)算偏振分量或其線性組合的頻譜 圖，再進(jìn)行傅里葉逆變換獲取目標(biāo)的偏振圖像。
[0003] 基于光場(chǎng)成像技術(shù)的光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)是通過(guò)在光場(chǎng)成像儀瞳面處放置不同偏 振態(tài)組合而成的濾波陣列，實(shí)現(xiàn)獲取景物目標(biāo)空間信息的同時(shí)獲取其不同偏振態(tài)圖像，是 一種快照式偏振成像。光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)需提取目標(biāo)景物通過(guò)微透鏡陣列的各偏振通道 響應(yīng)分量以獲取偏振圖像。在獲取偏振圖像過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)誤差、光學(xué)衍射以及微透鏡陣 列非一致性等因素影響了各偏振通道的像元響應(yīng)，使像元響應(yīng)不再是某單一偏振通道的響 應(yīng)，而是多個(gè)通道響應(yīng)的疊加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例公開了一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的 偏振定標(biāo)方法，包括以下步驟：Sl :由已知入射輻射確定偏振通道響應(yīng)表達(dá)形式，進(jìn)一步包 括：Sll :根據(jù)定標(biāo)光路確定偏振通道響應(yīng)表達(dá)一般形式；S12 :根據(jù)定標(biāo)的光場(chǎng)偏振成像系 統(tǒng)確定偏振通道響應(yīng)的具體表達(dá)形式，其中，所述光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、 主鏡、微透鏡陣列和探測(cè)器陣列，所述主鏡上設(shè)置有偏振濾波陣列，所述光源發(fā)出的光線經(jīng) 過(guò)所述主鏡上的偏振濾波陣列時(shí)，在每個(gè)子孔徑處分別得到不同的偏振濾光，再經(jīng)所述微 透鏡陣列成像后被所述探測(cè)器陣列的相應(yīng)的像元接收；S2 :確定所述微透鏡陣列中每個(gè)微 透鏡下偏振通道在所述探測(cè)器陣列上的響應(yīng)區(qū)域；S3 :采集所述定標(biāo)光路中各偏振通道對(duì) 響應(yīng)區(qū)域像元的影響系數(shù)的原始數(shù)據(jù)；以及S4 :擬合定標(biāo)系數(shù)，進(jìn)一步包括：S41 :確定通道 響應(yīng)與像元響應(yīng)的關(guān)系；S42 :根據(jù)響應(yīng)與像元響應(yīng)的關(guān)系擬合定標(biāo)系數(shù)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法，通過(guò)建立模型和非 線性最小二乘擬合法較準(zhǔn)確的計(jì)算出通道響應(yīng)與像元響應(yīng)的映射關(guān)系，然后利用超定方程 求解通道響應(yīng)，能有效對(duì)通道響應(yīng)混疊現(xiàn)象進(jìn)行解混，消除了直接提取像元響應(yīng)作為通道 響應(yīng)引入的誤差，提取的通道圖像更加準(zhǔn)確。
[0008] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法，還可以 具有如下附加的技術(shù)特征：
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟Sll進(jìn)一步包括：Slll :由全色積分球、線性起偏器和所述光 場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)組成所述定標(biāo)光路；S112 :所述全色積分球出射光為均勻非偏振光，經(jīng)過(guò) 所述線性起偏器和所述光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)后，各偏振通道響應(yīng)不失一般性表示為：
[0011] 其中，A為響應(yīng)幅值；ω為響應(yīng)角頻率，與響應(yīng)周期有關(guān)；φ為初始相位，與偏振濾 波陣列上偏振片透光軸角度有關(guān)；c為響應(yīng)偏移量；Θ為線性起偏器透光軸角度；所述步驟 S12進(jìn)一步包括：S121:偏振通道響應(yīng)隨所述線性起偏器透光軸角度Θ變化的周期為π， 則：
[0012] 2π/ω = π , ω = 2；
[0013] S122 :所述偏振濾波陣列由三片不同起偏方向的線性偏振片橫向排列而成，確定 所述三個(gè)偏振片透光軸的相對(duì)角度；S123 :設(shè)定所述三個(gè)偏振片的起偏特性、透過(guò)率完全 一致；S124 :所述三個(gè)偏振通道響應(yīng)表達(dá)形式分別為：
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟S2進(jìn)一步包括：S21 :所述微透鏡陣列中每個(gè)微透鏡后偏振 成像區(qū)域在所述探測(cè)器陣列上覆蓋預(yù)設(shè)數(shù)量的像元；S22 :定標(biāo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)所述線性起偏 器，觀察所述預(yù)設(shè)數(shù)量的像元響應(yīng)隨線性起偏器角度變化的方差，計(jì)算得出兩側(cè)邊緣像元 響應(yīng)隨角度變化的方差的灰度，確定每個(gè)微透鏡下偏振通道在所述特測(cè)器探測(cè)器上的響應(yīng) 區(qū)域。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟S3進(jìn)一步包括：S31 :穩(wěn)定所述積分球的輸出，轉(zhuǎn)動(dòng)所述線性 起偏器一周，同時(shí)采集所述光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的響應(yīng)圖像；S32 :采集暗電流，將采集的所 述響應(yīng)圖像去除暗電流后作為定標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟S41進(jìn)一步包括：S411 :所述光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)在實(shí)際成像 中，單個(gè)像元的響應(yīng)表示為：
[0020] I1= · Ipl+klj2 · Ip2+klj3 · Ip3j
[0021] 單個(gè)微透鏡下偏振響應(yīng)區(qū)域的響應(yīng)表示為：
[0022] I = K · Ip，
[0023] 其中，I為單個(gè)微透鏡下像元響應(yīng)，Ip為單個(gè)微透鏡下通道響應(yīng)，K為單個(gè)微透鏡 下三個(gè)偏振通道對(duì)響應(yīng)區(qū)域像元的影響系數(shù)，即所述定標(biāo)系數(shù)；所述步驟S42進(jìn)一步包括： S421 :利用非線性最小二乘法擬合定標(biāo)系數(shù)K中未知參數(shù)Icli p偏振通道響應(yīng)Ip中響應(yīng)幅值 A、偏移量c和初始相位（J)1, Φ2,（i>3;S422:以步長(zhǎng)Δ θ = Γ轉(zhuǎn)動(dòng)線性起偏器一周，獲得 360組像元響應(yīng)，分別記作I(mA 0)(m= 1，2,…360)，以Ι(ι?Δ Θ)為擬合目標(biāo)，以下式為 擬合標(biāo)準(zhǔn)，擬合得到單個(gè)微透鏡下定標(biāo)系數(shù)K :
[0025] 其中，厶0為擬合的像元響應(yīng)，I (mA Θ)為數(shù)據(jù)采集得到的像元響應(yīng)。
[0026] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0028] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法的流程圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的定標(biāo)光路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量偏振濾波陣列上偏振片透光軸相對(duì)角度的不意 圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的單個(gè)微透鏡后像元示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于 附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所 指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā) 明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要 性。
[0035] 在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)"安裝"、"相 連"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是 兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本 發(fā)明中的具體含義。
[0036] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述 和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來(lái)表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施 例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的 實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0037] 以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法。
[0038] 請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例的光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)的偏振定標(biāo)方法，包括以下步驟：
[0039] Sl :設(shè)計(jì)定標(biāo)光路，由已知入射福射確定偏振通道響應(yīng)表達(dá)形式。步驟Sl進(jìn)一步 包括：
[0040] Sll :根據(jù)定標(biāo)光路確定偏振通道響應(yīng)表達(dá)一般形式。
[0041] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟Sll進(jìn)一步包括：
[0042] Slll :由全色積分球、線性起偏器和所述光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)組成定標(biāo)光路。
[0043] 具體地，請(qǐng)參考圖3,本發(fā)明實(shí)施例的定標(biāo)光路由全色積分球、線性起偏器和光場(chǎng) 偏振成像系統(tǒng)組成。
[0044] S112 :所述全色積分球出射光為均勻非偏振光，經(jīng)過(guò)所述線性起偏器和所述光場(chǎng) 偏振成像系統(tǒng)后，根據(jù)馬呂斯定律，已知入射輻射進(jìn)入光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)后，各偏振通道響 應(yīng)不失一般性可以表示為：
[0046] 其中，A為響應(yīng)幅值；ω為響應(yīng)角頻率，與響應(yīng)周期有關(guān)；φ為初始相位，與偏振濾 波陣列上偏振片透光軸角度有關(guān)；c為響應(yīng)偏移量；Θ為線性起偏器透光軸角度。
[0047] S12 :根據(jù)定標(biāo)的光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)確定偏振通道響應(yīng)的具體表達(dá)形式。請(qǐng)參考圖 2,光場(chǎng)偏振成像系統(tǒng)包括依次設(shè)置的光源、主鏡、微透鏡陣列和探測(cè)器陣列。主鏡上設(shè)置有 偏振濾波陣列，光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)主鏡上的偏振濾波陣列時(shí)，在每個(gè)子孔徑處分別得到 不同的偏振濾光，再經(jīng)所述微透鏡陣列成像后被探測(cè)器陣列的相應(yīng)的像元接收。
[0048] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟S12進(jìn)一步包括：
[0049] S121 :振通道響應(yīng)隨線性起偏器透光軸角度Θ變化的周期為π，則：
[0050] 2 η / ω = π, ω = 2； (2)
[0051] S122 :偏振濾波陣列由三片不同起偏方向的線性偏振片橫向排列而成，確定三個(gè) 偏振片透光軸的相對(duì)角度。
[0052] 具體地，偏振濾波陣列由3片不同起偏方向的線性偏振片橫向排列而成，偏振片 透光軸角度未知，可利用馬呂斯定律確定3個(gè)偏振片透光軸的相對(duì)角度，如圖4所示。其測(cè) 量原理是：轉(zhuǎn)動(dòng)線性起偏器產(chǎn)生不同偏振方向的偏振光，經(jīng)偏振濾波陣列上某偏振片后記 錄輻射響應(yīng)，擬合輻射響應(yīng)隨線性起偏器角度變化的曲線，重復(fù)3次，比較