多角度实时红外偏振成像系统及成像方法

摘要

本发明提出了一种多角度实时红外偏振成像系统及成像方法，成像系统包括：红外镜头、偏振分束组件和成像组件，红外镜头用于接收和会聚目标红外辐射，输出平行红外光；沿光的传播方向，所述偏振分束组件位于所述红外镜头的下游，经所述红外镜头接收会聚所述目标红外光传递至所述偏振分束组件，所述目标红外光在所述偏振分束组件内经偏振分束处理后输出至少四个方向的偏振光束；成像组件用于接收不同方向的所述偏振光束，并生成对应的图像。根据本发明的成像系统，目标红外光经偏振分束组件进行偏振分束处理后可以输出四个方向的偏振光束，成像组件可以接收各偏振光束生成对应的图像，实现了多角度实时红外偏振成像。而且，该成像系统结构紧凑、成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种多角度实时红外偏振成像系统及成像方法。

背景技术

红外偏振成像技术将获取的目标的强度、偏振和图像等多维特征信息融合，可以有效提高目标与背景的对比度，突出目标的细节特征，增强目标识别效果。红外偏振成像技术在物体特征识别、医学诊断等方面有广泛的应用前景。红外偏振图像处理一般基于(Stokes)矢量运算，用4个Stokes参量来描述光波的偏振态和强度，需要采集0°，45°，90°和135°四个偏振方向的红外图像。红外偏振图像的获取通过线偏振器件对场景的反射光或自身辐射进行偏振滤波，然后通过红外探测器件成像。

传统方法采用旋转偏振片法，这种方法对动态目标红外偏振成像不具备实时性，易造成偏振探测误差。采用红外偏振探测器可以实时获取四个偏振方向的红外图像，但需要对探测器的每个像元进行不同偏振方向的刻蚀，制作精度要求高，难度大，易造成成像不均匀，且光能量损失较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现多角度实时红外偏振成像，本发明提出一种多角度实时红外偏振成像系统及成像方法，成像系统包括：

红外镜头，用于接收和会聚目标红外辐射，输出平行红外光；

偏振分束组件，沿光的传播方向，所述偏振分束组件位于所述红外镜头的下游，经所述红外镜头接收和会聚的目标红外光传递至所述偏振分束组件，所述目标红外光在所述偏振分束组件内经偏振分束处理后输出至少四个方向的偏振光束；

成像组件，用于接收不同方向的所述偏振光束，并生成对应的图像。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像系统，由红外镜头接收目标红外光传递至偏振分束组件内，经偏振分束组件进行偏振分束处理后可以输出至少四个方向的偏振光束，成像组件可以接收各不同方向的偏振光束生成对应的图像。由此，实现了多角度实时红外偏振成像。而且，该成像系统结构紧凑、体积小、成本低，解决了现有红外偏振成像技术中实时性差、制作难度大、探测器数量多等问题。

在本发明的一些实施例中，所述红外镜头为前置望远镜。

根据本发明的一些实施例，所述偏振分束组件包括：分束镜，传递至所述偏振分束组件的所述目标红外光经所述分束镜分束为透射光束和反射光束，所述透射光束和所述反射光束分别经过偏振处理后得到至少四束所述偏振光束。

在本发明的一些实施例中，所述透射光束的传播路径上设有第一偏振分束镜，所述透射光束经所述第一偏振分束镜后产生0°和90°的两束偏振光束。

根据本发明的一些实施例，所述反射光束的传播路径上设有第二偏振分束镜，所述反射光束经所述第二偏振分束镜后产生45°和135°两束偏振光束。

在本发明的一些实施例中，所述第一偏振分束镜和所述第二偏振分束镜均为沃拉斯顿镜，所述第一偏振分束镜和所述第二偏振分束镜光轴差45°。

根据本发明的一些实施例，所述分束镜为半透半反射镜，经所述半透半反射镜后产生的所述透射光束和所述反射光束的光能量相等。

在本发明的一些实施例中，所述成像组件包括：

成像镜，用于接收和聚焦各束所述偏振光束；

红外焦平面探测器，用于接收经所述成像镜聚焦后的各束所述偏振光束并生成对应的图像。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像方法，所述方法采用如上述所述的多角度实时红外偏振成像系统生成目标红外偏振图像，所述方法包括：

接收目标红外光；

将所述目标红外光传递至所述偏振分束组件，所述目标红外光在所述偏振分束组件内经偏振分束处理后输出至少四个方向的偏振光束；

成像组件接收不同方向的所述偏振光束，并生成对应的图像。

在本发明的一些实施例中，经偏振分束处理后的输出0°、45°、90°和135°四束偏振光束，所述成像组件接收到四束所述偏振光束后，通过图像分割和图像配准得到0°、45°、90°和135°四幅红外图像。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像方法，接收的目标红外光传递至偏振分束组件内，经偏振分束组件进行偏振分束处理后可以输出至少四个方向的偏振光束，成像组件可以接收各不同方向的偏振光束生成对应的图像，通过图像分割和图像配准得到0°，45°，90°和135°四幅不同偏振方向的红外图像。由此，实现了多角度实时红外偏振成像。

附图说明

图1为根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像系统组成示意图；

图2为根据本发明实施例的光经偏振分束组件进行偏振分光示意图；

图3为根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像方法流程图。

附图标记：

成像系统100，

红外镜头10，

偏振分束组件20，分束镜210，第一偏振分束镜221，第二偏振分束镜222，第一反射镜231，第二反射镜232，第三反射镜233，

成像组件30，成像镜310，红外焦平面探测器320。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

如图1所示，根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像系统100，包括：红外镜头10、偏振分束组件20和成像组件30。

其中，红外镜头10用于接收和会聚目标红外辐射，输出平行红外光。例如，红外镜头10可以为前置望远镜，目标红外辐射信息经过前置望远镜接收并会聚成平行光后传递至偏振分束组件20。

沿光的传播方向，偏振分束组件20位于红外镜头10的下游，经红外镜头10接收目标红外光传递至偏振分束组件20，目标红外光在偏振分束组件20内经偏振分束处理后输出至少四个方向的偏振光束。

需要说明的是，本申请中的“下游”是根据光的传递方向为参考定义的。如图1所示，沿光的传播方向，偏振分束组件20位于红外镜头10的下游，经红外镜头10接收目标红外光传递至偏振分束组件20内，目标红外光在偏振分束组件20内径偏振分束处理后输出四个或更多个方向的偏振光束。

成像组件30用于接收不同方向的偏振光束，并生成对应的图像。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像系统100，由红外镜头10接收目标红外光传递至偏振分束组件20内，经偏振分束组件20进行偏振分束处理后可以输出至少四个方向的偏振光束，成像组件30可以接收各不同方向的偏振光束生成对应的图像。由此，实现了多角度实时红外偏振成像。而且，该成像系统100结构紧凑、体积小、成本低，解决了现有红外偏振成像技术中实时性差、制作难度大、探测器数量多等问题。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，偏振分束组件20包括：分束镜210，传递至偏振分束组件20的目标红外光经分束镜210分束为透射光束和反射光束，透射光束和反射光束分别经过偏振处理后得到至少四束偏振光束。

如图1和图2所示，通过分束镜210将传递至偏振分束组件20内的目标红外光分束为两束光，两束光分别经过偏振处理后得到四束不同方向的偏振光束。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，透射光束的传播路径上设有第一偏振分束镜221，透射光束经第一偏振分束镜221后产生0°和90°的两束偏振光束。结合图1和图2所示，目标红外光经分束镜210分束为透射光束和反射光束，其中，透射光束传递至第一偏振分束镜221产生0°和90°的两束偏振光束。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，反射光束的传播路径上设有第二偏振分束镜222，反射光束经第二偏振分束镜222后产生45°和135°两束偏振光束。结合图1和图2所示，目标红外光经分束镜210分束分束为透射光束和反射光束，其中，反射光束传递至第二偏振分束镜222产生45°和135°的两束偏振光束。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，分束镜210与第二偏振分束镜222之间设有第一反射镜231，用于将反射光束按照预设角度传递至第二偏振分束镜222。由此，可以通过第一反射镜231调整反射光束的传播路径，使反射光束按预设角度传递至第二偏振分束镜222。

根据本发明的一些实施例，第二偏振分束镜222和成像组件30之间设有第二反射镜232和第三反射镜233，经第二偏振分束镜222产生的45°和135°两束偏振光束经第二反射镜232和第三反射镜233后照射至成像组件30的预设位置。

如图1和图2所示，沿反射光束的传递方向上，在第二偏振分束镜222的下游依次设有第二反射镜232和第三反射镜233。通过第二反射镜232和第三反射镜233可以调整经第二偏振分束镜222产生的45°和135°偏振光的传播路径，使两束偏振光照射至成像最佳的预设位置上。

在本发明的一些实施例中，第一偏振镜221和第二偏振镜222均为Wollaston棱镜，所述第一偏振分束镜221和所述第二偏振分束镜222光轴差45°。需要说明的是，沃拉斯顿棱镜(Wollaston)是一种双折射晶体，可以将非偏振入射光分成两束正交偏振光输出。

根据本发明的一些实施例，分束镜210为半透半反射镜，经半透半反射镜后产生的透射光束和反射光束的光能量相等。需要说明的是，在本发明的另一些实施例中，可以通过选择其他分束镜210来控制镜分束镜210产生的透射光束和反射光束的光能量比例，以控制不同方向偏振光的光强。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，成像组件30包括：成像镜310和红外焦平面探测器320。

如图1所示，成像镜310用于接收和聚焦各束偏振光束，沿光的传播方向，红外焦平面探测器320位于成像镜310下游，用于接收镜成像镜310聚焦后的各束偏振光束并生成对应的图像。

照射至红外焦平面探测器320的四束偏振光束成像后，通过图像分割的方法，分成四张分别是0°，45°，90°和135°四个偏振方向的图像。在本发明的一些实施例中，可以通过图像配准的方法，将0°，45°，90°和135°四个偏振方向的图像进行配准。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像方法，方法采用如上述的多角度实时红外偏振成像系统100生成红外偏振图像，方法包括：

S110，接收目标红外光；

S120，将目标红外光传递至偏振分束组件，目标红外光在偏振分束组件内经偏振分束处理后输出至少四个方向的偏振光束；

S130，成像组件接收不同方向的偏振光束，并生成对应的图像。

在本发明的一些实施例中，经偏振分束处理后的输出0°、45°、90°和135°四束偏振光束，所述成像组件接收到四束所述偏振光束后，通过图像分割和图像配准得到0°、45°、90°和135°四幅红外图像。

根据本发明实施例的多角度实时红外偏振成像方法，接收的目标红外光传递至偏振分束组件20内，经偏振分束组件20进行偏振分束处理后可以输出至少四个方向的偏振光束，成像组件30可以接收各不同方向的偏振光束生成对应的图像，通过图像分割和图像配准得到0°，45°，90°和135°四幅不同偏振方向的红外图像。由此，实现了多角度实时红外偏振成像。

下面参照附图以一个具体的实施例详细描述根据本发明的多角度实时红外偏振成像系统100及成像方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的具体限制。

现有红外偏振成像技术中存在如下问题：采用旋转偏振片法，对动态目标红外偏振成像不具备实时性，易造成偏振探测误差。采用红外偏振探测器的方法可以实时获取四个偏振方向的红外图像，但需要对探测器的每个像元进行刻蚀，容易出现刻蚀不均匀和方向偏差问题，造成图像不均匀，制作精度要求高，难度大，且光能量损失较大。

针对上述技术问题，本发明提出了一种多角度实时红外偏振成像系统100及成像方法，能够对0°，45°，90°和135°四个偏振方向的红外图像进行实时成像。

如图1所示，成像系统100包括：红外镜头10、偏振分束组件20和成像组件30。其中，红外镜头10为前置望远镜，成像组件30包括：成像镜310和红外焦平面探测器320。

如图1所示，偏振分束组件20包括：分束镜210，第一偏振分束镜221、第二偏振分束镜222、第一反射镜231、第二反射镜232和第三反射镜233。

其中，分束镜210为半透半返镜，第一偏振分束镜221和第二偏振分束镜222均为沃拉斯顿棱镜(Wollaston)棱镜。

采用多角度实时红外偏振成像系统100的成像方法如下：

目标红外辐射信息经过前置望远镜后，以小口径平行光入射到偏振分束组件20；

调整光轴和半透半反镜，使平行光以45°角入射到半透半反镜，经过分束后反射光和透射光能量相等；

透射光束经过第一偏振分束镜221分成0°和90°两个偏振方向的光；

调整第二偏振分束镜222主光轴方向，使其与第一偏振分束镜221的光轴差45°，反射光束经过第二偏振分束镜222分成45°和135°两个偏振方向的光；

调整第二反射镜232和第三反射镜233，四个偏振方向的光经过成像镜310后会聚在红外焦平面探测器320靶面上。调整第二反射镜232、第三反射镜233和红外焦平面探测器320位置，使四束不同偏振方向的光成像在探测器靶面不同的位置；

通过图像分割和图像配准得到0°，45°，90°和135°四幅不同偏振方向的红外图像。

相比传统红外偏振成像系统100，本发明的多角度实时红外偏振成像系统100及成像方法具有如下优点：

可实时获取0°、45°、90°和135°四个偏振方向的红外图像，用一个探测器就可以实时实现4个偏振方向红外成像，结构紧凑，体积小；利用同一场景的四幅偏振图像进行图像信息处理，可以提高目标探测效率，为实时红外偏振成像与探测的发展奠定技术基础；解决了现有红外偏振成像技术中实时性差、制作难度大、探测器数量多等问题。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。