[发明专利]基于斯托克斯矢量光流的运动速度检测传感器装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于偏振斯托克斯矢量光流的运动速度检测传感器装置，其特征在于包括三个呈旋转对称的偏振光流检测通道；

所述的偏振光流检测通道包括设置在顶部、可旋转特定角度的偏振片；偏振片固定外壳、偏振片固定环、传感器外壳、调焦弹簧、CMOS图像传感器以及DSP图像处理芯片；在所述的偏振光流检测通道底部设有偏振光流传感器；所述的偏振光流检测通道外部设有调节偏振片和偏振光流传感器间距的调焦弹簧；三个CMOS图像传感器的镜头互成120°分布在集成电路板上，与偏振光流检测通道分别对准；在集成电路板上，三个镜头中间有一个DSP图像处理芯片，用来计算斯托克斯矢量以及各矢量的光流值；

输入的自然光信号经偏振片滤光成为偏振光，由CMOS图像传感器模块转化为电信号传输到DSP图像处理芯片；

工作状态下，呈旋转对称的三个所述的偏振光流检测通道中的偏振片分别调节到0°、45°和90°位置；

采用三个偏振主轴分别成0°、45°、90°的偏振光流检测通道，采集偏振图像，根据斯托克斯方程和米勒矩阵，计算出斯托克斯I、Q、U三个分量，进而由嵌入式偏振光流传感器的内置偏振光流算法计算光流值。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振斯托克斯矢量光流的运动速度检测传感器装置，其特征还在于：

每个所述的偏振光流检测通道顶部设有上盖，配合上盖周边的刻度，完成特定角度的旋转。

3.一种基于偏振斯托克斯矢量光流的运动速度检测方法，其特征在于包括：

—采用如权利要求2所述的基于偏振斯托克斯矢量光流的运动速度检测传感器装置，分别获取0°、45°和90°的偏振光通道采集的偏振光信号；

—用MULLER矩阵表示偏振器件对原光波偏振属性的改变；并将所述0°、45°和90°所述MULLER矩阵，求解出入射光束的斯托克斯分量I、Q、U，其中，I为投影在所述三个偏振光通道的光流传感器上的天空光强，Q为0°方向偏振分量的光强，U为45°方向偏振分量光强；

—假设光流场同时满足基本约束方程和全局平滑条件，则光流的基本约束为全局平滑条件为

—确定能够保证所述全局平滑条件以及基本约束同时达到最小值的泛函能量的最小值；

所述泛函能量如下式所示：

—将得到的偏振斯托克斯矢量Q、U带入上式就可以得到偏振光流算法：

—解欧拉方程，采用递归算法最后得到基于斯托克斯矢量的光流值为：

其中u，v分别为沿x轴和y轴的光流值，分别是沿x轴和y轴光流局部平均值；n为迭代次数；λ为权重系数。

4.根据权利要求3所述的基于偏振斯托克斯矢量光流的运动速度检测方法，其特征在于：所述表示偏振器件对原光波偏振属性的改变的MULLER矩阵如下：

式中，ψ为偏振光栅的偏振角度；I是投影在三个偏振光通道的传感器单元上的天空光强，Q是0°方向偏振分量的光强，U是45°方向偏振分量光强，V是圆偏振分量光强；