針對傳統(tǒng)無人機載相機在復(fù)雜環(huán)境下物證搜尋成像對比度低、證物識別難度大等問題,提出利用偏振成像技術(shù),進行物證搜尋識別。為保證搜尋效率、識別概率和低照條件下成像效果,設(shè)計了大視場大相對孔徑兩檔變焦偏振成像光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)焦距分別為11 mm和22 mm,F數(shù)分別為1.8和2.7,視場角60°和34°,并給出了合理的調(diào)焦方式,可實現(xiàn)在3 m和10 m飛行高度下清晰成像。經(jīng)過仿真分析,調(diào)制傳遞函數(shù)在奈奎斯特頻率91 lp/mm處優(yōu)于0.45,滿足成像質(zhì)量要求,公差分析顯示,在滿足成像質(zhì)量條件下,公差范圍合理。將系統(tǒng)與微偏振片陣列探測器集成,搭載無人機平臺,可在復(fù)雜環(huán)境中對案發(fā)現(xiàn)場進行實時高效物證搜尋,大幅提升案事件破獲能力。 

【文章來源】：紅外與激光工程. 2019,48(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

光強差；U為45°和135°方向上的光強差；V為右旋圓偏振光與左旋圓偏振光的光強差。微偏振片陣列(MPA)成像系統(tǒng)如圖2所示，微偏振片陣列直接集成到探測器的感光芯片上，保證每個單元與感光芯片的像素單元大小一致且逐一對準(zhǔn)，當(dāng)光線通過MPA到達探測器后，可同時獲得四個對應(yīng)的線偏振調(diào)制方向(0°、45°、90°和135°)的光強：I0、I45、I90、I135。再由公式(12)可得光學(xué)系統(tǒng)出射光的Stokes矢量，通過計算目標(biāo)到探測器整個過程的總穆勒矩陣可求出目標(biāo)反射光的Stokes矢量，進行偏振信息提取，即可得目標(biāo)景物的偏振圖像。圖2MPA示意圖Fig.2MPAschematic但像素級偏振成像存在著如下缺點，在采集到的原始圖像中，每一個超像素內(nèi)保留同一中偏振狀態(tài)下的測量值，而將其他的值清空，這樣得到的圖像是由清空后的空缺位置和同一種偏振狀態(tài)下的測量結(jié)果組成，如圖3所示，這降低了系統(tǒng)的空間分辨率，并且由于各相鄰像元的瞬時視場不重疊,存在瞬時視場誤差(InstantaneousField-of-View，IFOV)[12]。Ratliff等對于減少IFOV誤差提出了后期有效的插

紅外與激光工程第4期www.irla.cn第48卷值算法[13]，通過插值算法可補齊圖3中的空缺位置，有效提高了系統(tǒng)的空間分辨率。(a)(b)(c)(d)圖3原始圖像抽取的四幅相移干涉圖Fig.3Fourphaseshiftinginterferogramsoftheoriginalimage4D公司給出的一種方案原理如圖4所示。通過在陣列上對2×2像素單元進行卷積，可以擬合得到空缺位置的偏振態(tài)測量值，提高數(shù)據(jù)的空間分辨率[14]，其已實現(xiàn)，再應(yīng)用新的處理算法，可以實現(xiàn)等同于傳感器自身像素寬度限制下對應(yīng)的空間分辨率。圖4(a)微偏振片超像素的相位分辨率；(b)2×2卷積實現(xiàn)的更高分辨率Fig.4(a)Diagramofmicropolarizersuperpixelandcorrespondingphaseresolution;(b)diagramshowinghow2×2convolutionkernelachieveshigherresolution綜上，像素級偏振成像相對其他偏振成像方式，能夠?qū)崟r成像，無需分光元件，體積小，且具有較高透過率、高消光比、高可靠性、低功耗等特點，更加適用于無人機載探測成像。根據(jù)實際使用需求，主要針對應(yīng)用于飛行高度在3~10m的無人機載光學(xué)系統(tǒng)開展設(shè)計，可對地面進行大視場高分辨實時偏振成像，地面目標(biāo)最小分辨率1.5mm，能夠?qū)崿F(xiàn)對彈殼等細(xì)小目標(biāo)識別。由于采用集成了微偏振片陣列的探測器進行成像，因此無需再進行光路分光或分孔徑設(shè)計，只需設(shè)計大視場大相對孔徑光學(xué)系統(tǒng)即可滿足偏振成像使用要求，且系統(tǒng)截止頻率可選取與探測器自身像素寬度限制下對應(yīng)的空間頻率。2設(shè)計實例與分析2.1設(shè)計實例文中采用集成微偏振片陣列CMOS圖像傳感器，像元數(shù)為1600×1600，像素尺寸為5.5μm，計算得到光學(xué)系統(tǒng)主要指標(biāo)如表1所示。表1光學(xué)系統(tǒng)主要指標(biāo)Tab.1Parametersofopticalsystem根據(jù)以上指標(biāo)要求，以上述光焦度計算作為輔助，選擇專利作為鏡頭初

【參考文獻】：
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本文編號：3601160