[发明专利]一种扩展目标实时分视场偏振测量系统及方法

权利要求书

1.一种实时全偏振测量系统，其特征在于，包括镜头(1)和相机(11)；所述镜头(1)的光圈位置(2)设置光学元件(3)；所述光学元件(3)为正方形；该正方形包括四个边长相等的小正方形偏振片，其中一个小正方形偏振片(16)上覆盖有正方形消色差1/4波片(15)，且所述正方形消色差1/4波片(15)位于小正方形偏振片(16)沿着镜头(1)入射光方向的前方，所述小正方形偏振片(16)的偏振方向为任意值，另外三个小正方形偏振片中，相邻两个小正方形偏振片的偏振方向的夹角为60°；滤光片(17)位于镜头(1)和相机(11)之间，且所述滤光片(17)安装于镜头(1)的后端；镜头(1)的成像面上设置有形状与所述光学元件(3)形状匹配的微透镜阵列(8)；所述相机(11)的感光面(10)位于所述微透镜阵列(8)的后焦面上。

2.根据权利要求1所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，所述正方形消色差1/4波片(15)厚度不超过1毫米。

3.根据权利要求1所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，所述镜头成像面、微透镜阵列面、相机感光面相互平行。

4.根据权利要求1所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，所述相机(11)与计算机(12)连接。

5.根据权利要求1所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，所述微透镜阵列(8)包括若干个尺寸相同的小正方形透镜单元，且各小正方形透镜单元之间紧密排布；所述微透镜阵列(8)覆盖所述相机(11)的整个感光面区域。

6.根据权利要求6所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，所述光学元件(3)中，小正方形偏振片的边长为其中D为镜头光圈数值，设定为时其光圈物理孔径的直径，L为微透镜阵列(8)中小正方形透镜单元的边长，f为微透镜阵列(8)的焦距。

7.根据权利要求1～6之一所述的实时全偏振测量系统，其特征在于，当所述光学元件(3)与所述镜头(1)的光圈所在位置之间存在缝隙时，该缝隙处设置黑色挡板，所述黑色挡板表面做植绒或磨砂处理。

8.一种利用权利要求1～7之一所述系统实现偏振测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)拍摄一帧目标图像，目标图像中每个小正方形透镜单元对应的正方形子图像都被分割为4个小正方形区域，分别对应了0°，60°，120°和角度为θ的偏振方向的4个区域，对各个区域下所有像素灰度值取平均，结果分别记为：I₀，I₆₀，I₁₂₀，I_θ，它们分别对应了0°，60°，120°和角度为θ的偏振方向下图像区域对应的目标辐射光强值；

2)由以下公式得到目标图像中任意小正方形透镜单元下正方形子图像对应Stokes矢量所有四个分量的值：

其中，S为斯托克斯矢量，其四个分量依次为：s′₀，s′₁，s′₂，s′₃；

θ为光学元件中其中一个小正方形区域的偏振方向角；α为正方形消色差1/4波片的快轴方向角；

并且：利用每个小正方形透镜单元的正方形子图像中0°，60°和120°方向下三个区域的目标辐射光强值I₀，I₆₀，I₁₂₀，结合如下公式计算目标Stokes矢量的前三个分量s₀，s₁，s₂：

3)针对图像中不同的区域，选择精度最高的Stokes矢量作为最终测量结果。