針對(duì)傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)載相機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下物證搜尋成像對(duì)比度低、證物識(shí)別難度大等問(wèn)題,提出利用偏振成像技術(shù),進(jìn)行物證搜尋識(shí)別。為保證搜尋效率、識(shí)別概率和低照條件下成像效果,設(shè)計(jì)了大視場(chǎng)大相對(duì)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(chǎng)角60°和34°,并給出了合理的調(diào)焦方式,可實(shí)現(xiàn)在3 m和10 m飛行高度下清晰成像。經(jīng)過(guò)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(cè)器集成,搭載無(wú)人機(jī)平臺(tái),可在復(fù)雜環(huán)境中對(duì)案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)高效物證搜尋,大幅提升案事件破獲能力。 

【文章來(lái)源】：紅外與激光工程. 2019,48(04)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

光強(qiáng)差；U為45°和135°方向上的光強(qiáng)差；V為右旋圓偏振光與左旋圓偏振光的光強(qiáng)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(cè)器的感光芯片上，保證每個(gè)單元與感光芯片的像素單元大小一致且逐一對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)光線通過(guò)MPA到達(dá)探測(cè)器后，可同時(shí)獲得四個(gè)對(duì)應(yīng)的線偏振調(diào)制方向(0°、45°、90°和135°)的光強(qiáng)：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(guò)計(jì)算目標(biāo)到探測(cè)器整個(gè)過(guò)程的總穆勒矩陣可求出目標(biāo)反射光的Stokes矢量，進(jìn)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(jí)偏振成像存在著如下缺點(diǎn)，在采集到的原始圖像中，每一個(gè)超像素內(nèi)保留同一中偏振狀態(tài)下的測(cè)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(cè)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(shí)視場(chǎng)不重疊,存在瞬時(shí)視場(chǎng)誤差(InstantaneousField-of-View，IFOV)[12]。Ratliff等對(duì)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(guò)插值算法可補(bǔ)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(guò)在陣列上對(duì)2×2像素單元進(jìn)行卷積，可以擬合得到空缺位置的偏振態(tài)測(cè)量值，提高數(shù)據(jù)的空間分辨率[14]，其已實(shí)現(xiàn)，再應(yīng)用新的處理算法，可以實(shí)現(xiàn)等同于傳感器自身像素寬度限制下對(duì)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(shí)現(xiàn)的更高分辨率Fig.4(a)Diagramofmicropolarizersuperpixelandcorrespondingphaseresolution;(b)diagramshowinghow2×2convolutionkernelachieveshigherresolution綜上，像素級(jí)偏振成像相對(duì)其他偏振成像方式，能夠?qū)崟r(shí)成像，無(wú)需分光元件，體積小，且具有較高透過(guò)率、高消光比、高可靠性、低功耗等特點(diǎn)，更加適用于無(wú)人機(jī)載探測(cè)成像。根據(jù)實(shí)際使用需求，主要針對(duì)應(yīng)用于飛行高度在3~10m的無(wú)人機(jī)載光學(xué)系統(tǒng)開(kāi)展設(shè)計(jì)，可對(duì)地面進(jìn)行大視場(chǎng)高分辨實(shí)時(shí)偏振成像，地面目標(biāo)最小分辨率1.5mm，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)彈殼等細(xì)小目標(biāo)識(shí)別。由于采用集成了微偏振片陣列的探測(cè)器進(jìn)行成像，因此無(wú)需再進(jìn)行光路分光或分孔徑設(shè)計(jì)，只需設(shè)計(jì)大視場(chǎng)大相對(duì)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(cè)器自身像素寬度限制下對(duì)應(yīng)的空間頻率。2設(shè)計(jì)實(shí)例與分析2.1設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)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(jì)算作為輔助，選擇專利作為鏡頭初

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3601160