基于偏振复用的大视场成像装置及方法与流程

本发明属于光学成像探测领域，特别涉及一种基于偏振复用的大视场成像装置及方法。

背景技术：

快速实现图像信息获取是视觉系统与光学成像系统的核心目标，它决定着视觉系统的图像感知效率以及光学系统成像的高效性与全方位性，因此该技术在目标监视、定位跟踪、红外告警等诸多领域中都有着广泛的应用。然而常规的摄像镜头由于受到视场角的限制，无法进行大范围区域观测及远距离目标定位跟踪，为此利用超大视场成像系统实现超大视场及全方位成像是现代科技领域所需要的。

目前，由于鱼眼镜头具有视野广阔的特点，视场角120°、135°以及180°超广角镜头相继问世，目前基本利用鱼眼镜头进行全方位成像，以同时实现全空域包容和全时域实时信息的获取。但鱼眼镜头系统结构复杂，一般是由8至11片镜片组成，镜片数目过多造成系统的透过率低、分辨率低，并且由于材料的特殊性要求设计的光学系统结构不能过于复杂且鱼眼镜头的镜片数目不宜过多。除此之外，超广角的鱼眼镜头系统存在着轴外像差难以消除、像面边缘照度低等特点，从而影响成像系统的成像质量；且其采集的背景信息复杂，将给目标检测算法带来巨大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种解决传统鱼眼镜头系统结构复杂、轴外像差难以消除、像面边缘照度低等问题的基于偏振复用的大视场成像装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于偏振复用的大视场成像装置，所述装置包括覆盖目标视场的n个光通道，以及接收所有光通道出射光的同轴依次设置的成像物镜和偏振相机，所有光通道的出射光均为线偏振光。

进一步地，每个所述光通道均包括沿光路依次设置的退偏器和线偏振片，与此同时，除了与成像物镜和偏振相机同轴的光通道，其余光通道还包括设置于退偏器与线偏振片之间的若干平面反射镜。

进一步地，每个所述光通道的线偏振片的透光轴方向均不相同。

基于上述基于偏振复用的大视场成像装置的成像方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，来自目标的不同方向的光束分别入射至n个光通道，产生n束线偏振光；

步骤2，n束线偏振光同时入射至成像物镜，成像至偏振相机形成偏振复用的视场目标信息；

步骤3，从偏振复用的视场目标信息中采集n束线偏振光的强度，之后通过偏振解复用处理方法解算出n个光通道中线偏振光的强度，进而获得n个视场的图像信息。

进一步地，步骤3所述通过偏振解复用处理方法解算出n个光通道中线偏振光的强度，所用公式为：

式中，ifovi为第i个光通道中线偏振光的强度，为从偏振复用的视场目标信息中采集的第i个光通道对应的线偏振光的强度，i＝1,2,…,n，a为由n束线偏振光在偏振相机靶面的投影获得的系数矩阵。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用多组平面反射镜进行光线折转，即能实现系统超大视场角且扩大图像信息采集区域；且与当前广泛研究的超广角鱼眼镜头系统相比，传统的鱼眼镜头系统结构复杂、镜片数量多造成系统的透过率与分辨率降低，并且轴外像差难以消除，而采用多组平面反射镜搭建结构简单、易于实现、灵活性高、成像质量好；2)装置整体复杂度低、结构紧凑，且后续的数据处理简单易行。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中基于偏振复用的大视场成像装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，本发明提出了一种基于偏振复用的大视场成像装置，该装置包括覆盖目标视场的n个光通道，以及接收所有光通道出射光的同轴依次设置的成像物镜9和偏振相机10，所有光通道的出射光均为线偏振光。

进一步地，在其中一个实施例中，每个所述光通道均包括沿光路依次设置的退偏器和线偏振片，与此同时，除了与成像物镜9和偏振相机10同轴的光通道，其余光通道还包括设置于退偏器与线偏振片之间的若干平面反射镜。

进一步地，在其中一个实施例中，每个所述光通道的线偏振片的透光轴方向均不相同。

进一步地，在其中一个实施例中，结合图1，上述n＝3，三个光通道分别记为第一光通道、第二光通道和第三光通道，来自目标视场的不同方向的入射光分别从三个光通道入射；其中第一光通道包括沿第一光轴依次同轴设置的第一退偏器4、第一线偏振片5，所述第一光轴与成像物镜9和偏振相机10同轴；第二光通道包括沿第二光轴依次设置的第二退偏器1、第二平面反射镜2、第二线偏振片3；第三通道包括沿第三光轴依次设置的第三退偏器6、第三平面反射镜7、第三线偏振片8。

进一步地，在其中一个实施例中，上述第二光轴和第三光轴关于第一光轴对称。

进一步地，在其中一个实施例中，上述第二退偏器1、第二线偏振片3分别与第二平面反射镜2同轴，第二退偏器1与第二线偏振片3不同轴；所述第三退偏器6、第三线偏振片8分别与第三平面反射镜7同轴，第三退偏器6与第三线偏振片8不同轴。

进一步地，在其中一个实施例中，上述第二线偏振片3的透光轴方向为0°，第一线偏振片5的透光轴方向为45°，第三线偏振片8的透光轴方向为90°。

进一步地，在其中一个实施例中，上述三个光通道的出射光平行，偏振相机10位于成像物镜9的成像面上。

基于上述基于偏振复用的大视场成像装置的成像方法，包括以下步骤：

步骤1，来自目标的不同方向的光束分别入射至n个光通道，产生n束线偏振光；

步骤2，n束线偏振光同时入射至成像物镜，成像至偏振相机形成偏振复用的视场目标信息；

步骤3，从偏振复用的视场目标信息中采集n束线偏振光的强度，之后通过偏振解复用处理方法解算出n个光通道中线偏振光的强度，进而获得n个视场的图像信息。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤3中通过偏振解复用处理方法解算出n个光通道中线偏振光的强度，所用公式为：

式中，ifovi为第i个光通道中线偏振光的强度，为从偏振复用的视场目标信息中采集的第i个光通道对应的线偏振光的强度，i＝1,2,…,n，a为由n束线偏振光在偏振相机靶面的投影获得的系数矩阵。

作为一种具体示例，假设步骤1中n＝3，产生的三束线偏振光分别为0°线偏振光、45°线偏振光、90°线偏振光，从偏振复用的视场目标信息中采集的三束线偏振光的强度分别为i0、iπ/4、iπ/2；

由此所述偏振解复用处理方法的计算公式为：

i0＝ifov1cos(0)+ifov2cos(π/4)+ifov3cos(π/2)

iπ/4＝ifov1cos(π/4)+ifov2cos(0)+ifov3cos(π/4)

iπ/2＝ifov1cos(π/2)+ifov2cos(π/4)+ifov3cos(0)

由上式求得三个光通道中线偏振光的强度为：

式中，ifov1、ifov2、ifov3分别为三个光通道中0°线偏振光、45°线偏振光、90°线偏振光的强度。

综上，本发明提出的基于偏振复用的大视场成像装置，仅采用多组平面反射镜即可实现扩大系统成像视场角的目的，并通过偏振相机形成偏振复用的视场信息，能够同时测量出多个光通道的入射光在多个偏振角度上的强度信息，从而通过偏振信息解复用处理获得多个视场的图像信息。整个装置结构简单、易于实现，能够有效解决传统鱼眼镜头系统结构复杂，系统透过率及分辨率低等问题，具有结构紧凑、复杂度低、成像视场角大、成像质量好等优点。