专利摘要

仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置属于目标的光学探测技术领域。现有探测装置结构松散、体积大、使用灵活性低。本发明信号探测部分与信号转换与处理部分由光纤束连接；聚焦成像阵列、谱段偏振阵列、定位耦合阵列、定位输出阵列和光电转换阵列的阵列单元的数量和排列方式相同、位置前后对应；在谱段偏振阵列的基板的正面的每个阵列单元镀有谱段滤膜、背面的每个阵列单元涂有金纳米棒涂液偏振涂层，在每个偏振涂层中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道；光电转换阵列将采集的各个谱段λi的目标偏振图像传送同一台计算机，由计算机将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四，得到目标的每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像。

权利要求

1.一种仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置，其特征在于，信号探测部分与信号转换与处理部分由光纤束(1)连接；在信号探测部分中，聚焦成像阵列、谱段偏振阵列和定位耦合阵列依次排列，在信号转换与处理部分中，定位输出阵列和光电转换阵列依次排列；所述聚焦成像阵列、谱段偏振阵列、定位耦合阵列、定位输出阵列和光电转换阵列的阵列单元的数量和排列方式相同、位置前后对应；在聚焦成像阵列的每个阵列单元中，田字分布4个成像透镜(2)；在谱段偏振阵列的基板(3)的正面的每个阵列单元镀有谱段滤膜(4)，各个谱段滤膜(4)有各自的透过谱段λi；在谱段偏振阵列基板(3)的背面的每个阵列单元涂有金纳米棒涂液偏振涂层(5)，由金纳米棒的长径比确定各个偏振涂层(5)的偏振谱段λi，在每个偏振涂层(5)中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金纳米棒涂液的涂刷方向确定偏振通道的划分；各个谱段滤膜(4)的透过谱段λi与各个偏振涂层(5)的偏振谱段λi一一对应；在定位耦合阵列的耦合定位板(6)的每个阵列单元开有田字分布的4个锥孔(7)，锥孔(7)开口朝向所述偏振涂层(5)，光纤(8)输入端由耦合定位板(6)上的定位孔固定，并与锥孔(7)锥角对接；在定位输出阵列的输出定位板(9)的每个阵列单元布置田字分布的4个扩束准直镜(10)，光纤(8)输出端由输出定位板(9)上的定位孔固定，并朝向扩束准直镜(10)；连接每组锥孔(7)和扩束准直镜(10)的光纤(8)的集束为光纤束(1)；在光电转换阵列的每个阵列单元中设置一个光电转换器件(11)，各个光电转换器件(11)接同一台计算机，每个光电转换器件(11)采集一个谱段λi的目标偏振图像，由计算机将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四，得到目标的每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像。

2.根据权利要求1所述的仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置，其特征在于，阵列单元排列方式包括2×2、2×3或者3×3；透过谱段λi的谱段数为4、6或者9。

3.根据权利要求1所述的仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置，其特征在于，基板(3)为各个透过谱段λi透明的平板光学玻璃。

4.根据权利要求1所述的仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置，其特征在于，光纤(8)为保偏光纤。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置，属于目标的光学探测技术领域。

背景技术

自然界中的物体表面的反射光都具有自己的光谱特性和偏振特性。就探测而言，目标的偏振信息，例如偏振角和偏振度，成为反映目标有效信息。虾蛄眼具有复杂的结构，由上千个小眼构成复眼，这些小眼分成腹侧、背侧和中频带三个区域。虾蛄眼能够高效、准确识别偏振光，这是因为不同小眼对不同方向的偏振光敏感，由此产生拮抗作用。腹侧和背侧小眼分别对相互垂直的偏振光敏感；中频带中的5排、6排小眼对平行和垂直于排向的偏振光敏感。所述的小眼由角膜和感杆束组成。所述感杆束呈长条状并连接到视网膜上，作为光导将像呈现于视网膜上。

仿虾蛄眼感杆束结构设计的偏振探测装置具有偏振成像、偏振识别以及偏振度计算能力，能够提高目标探测与识别概率及精度，探测装置的体积能够减小。

在申请公布号为CN103900696A、名称为“一种仿螳螂虾视觉偏振拮抗感知的水下偏振成像方法”的一件中国发明专利申请中，通过采集拮抗对偏振信号，得到偏振度参数和合成光强参数，由此实现水下目标成像。该方案能够提高水下目标成像探测精度。一本由Springer Berlin Heidelberg于2016年出版的书名为《Multi-band Polarization Imaging and Applications》的出版物中收录一篇题为“Bio-inspired Multi-band Polarization Imaging”的文章，披露一种仿虾蛄眼的大视场多谱段偏振视觉系统，如图1所示，该系统由9个相机按3×3阵列排布构成，位于阵列四角和中心的5个相机属于光谱通道，实现光谱识别，其他4个相机为4个方向的偏振通道，该4个方向分别为0°、45°、90°、135°四个透光方向，9个相机获得的图像输入计算机，经图像处理获得大视场的偏振图像和光谱图像。

所述现有技术在谱段选择部分和偏振通道方面，二者相对独立，装置的体积较大，在使用方面灵活性较差。

发明内容

本发明其目的在于，提高偏振成像探测装置的集成程度，使得结构紧凑、体积减小，提高使用灵活性，为此，我们发明了一种仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置。

本发明之仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置其特征在于，如图2所示，信号探测部分与信号转换与处理部分由光纤束1连接；在信号探测部分中，聚焦成像阵列、谱段偏振阵列和定位耦合阵列依次排列，在信号转换与处理部分中，定位输出阵列和光电转换阵列依次排列；所述聚焦成像阵列、谱段偏振阵列、定位耦合阵列、定位输出阵列和光电转换阵列的阵列单元的数量和排列方式相同、位置前后对应；在聚焦成像阵列的每个阵列单元中，田字分布4个成像透镜2，如图3所示；在谱段偏振阵列的基板3的正面的每个阵列单元镀有谱段滤膜4，如图4所示，各个谱段滤膜4有各自的透过谱段λi，如图5所示；在谱段偏振阵列基板3的背面的每个阵列单元涂有金纳米棒涂液偏振涂层5，如图4所示，由金纳米棒的长径比确定各个偏振涂层5的偏振谱段λi，如图6所示，在每个偏振涂层5中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金纳米棒涂液的涂刷方向确定偏振通道的划分；各个谱段滤膜4的透过谱段λi与各个偏振涂层5的偏振谱段λi一一对应；在定位耦合阵列的耦合定位板6的每个阵列单元开有田字分布的4个锥孔7，如图7所示，锥孔7开口朝向所述偏振涂层5，光纤8输入端由耦合定位板6上的定位孔固定，并与锥孔7锥角对接，如图8、图9所示；在定位输出阵列的输出定位板9的每个阵列单元布置田字分布的4个扩束准直镜10，如图10所示，光纤8输出端由输出定位板9上的定位孔固定，并朝向扩束准直镜10，如图8、图11所示；连接每组锥孔7和扩束准直镜10的光纤8的集束为光纤束1；在光电转换阵列的每个阵列单元中设置一个光电转换器件11，如图12所示，各个光电转换器件11接同一台计算机，如图2所示，每个光电转换器件11采集一个谱段λi的目标偏振图像，由计算机将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四，如图13所示，得到目标的每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像。

本发明其技术效果在于，聚焦成像阵列中的若干成像透镜2模仿虾蛄眼中的小眼角膜，完成目标成像。谱段偏振阵列一方面模仿虾蛄眼不同小眼识别不同光谱的特性，将来自同一目标的光信号进行谱段划分，从而实现实时多谱段偏振成像探测，另一方面模仿虾蛄眼的多偏振通道结构，将来自同一目标不同谱段λi的光信号均进行偏振态划分，从而探测到每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像。谱段偏振阵列在同一块基板3的正反两面制作谱段滤膜4和偏振涂层5，大幅提高探测装置的集成程度，使得探测装置结构更紧凑、体积明显减小。由光纤束1连接信号探测部分与信号转换与处理部分，信号转换与处理部分固定不动，具有必要长度光纤束1使得信号探测部分的空间位置可随意可变，并且，定位耦合阵列经及定位输出阵列的使用，不论信号探测部分的空间位置如何改变，所探测到的目标光信号均能完好如初地传送给光电转换阵列，这使得探测装置的使用灵活性大大提高。

附图说明

图1是现有仿虾蛄眼的大视场多谱段偏振视觉系统示意图。

图2是本发明之仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置整体结构示意图，该图同时作为摘要附图。

图3是本发明之探测装置中的聚焦成像阵列结构示意图。

图4是本发明之探测装置中的谱段偏振阵列结构示意图。

图5是本发明之探测装置中的谱段偏振阵列中的谱段滤膜单元划分示意图。

图6是本发明之探测装置中的谱段偏振阵列中的偏振涂层单元划分及偏振通道划分示意图。

图7是本发明之探测装置中的定位耦合阵列结构示意图。

图8是本发明之探测装置中的锥孔、光纤和扩束准直镜三者结构关系示意图。

图9是本发明之探测装置中的锥孔与光纤结构关系局部放大剖视示意图。

图10是本发明之探测装置中的定位输出阵列结构示意图。

图11是本发明之探测装置中的光纤与扩束准直镜结构关系局部放大剖视示意图。

图12是本发明之探测装置中的光电转换阵列结构示意图。

图13是本发明之探测装置中的计算机将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四划分情况示意图。

具体实施方式

本发明之仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置其具体实施方式如下所述。

如图2所示，信号探测部分与信号转换与处理部分由光纤束1连接。

在信号探测部分中，聚焦成像阵列、谱段偏振阵列和定位耦合阵列依次排列，在信号转换与处理部分中，定位输出阵列和光电转换阵列依次排列。

所述聚焦成像阵列、谱段偏振阵列、定位耦合阵列、定位输出阵列和光电转换阵列的阵列单元的数量和排列方式相同、位置前后对应；阵列单元排列方式包括2×2、2×3或者3×3。

在聚焦成像阵列的每个阵列单元中，田字分布4个成像透镜2，如图3所示。

在谱段偏振阵列的基板3的正面的每个阵列单元镀有谱段滤膜4，如图4所示，各个谱段滤膜4有各自的透过谱段λi，如图5所示，透过谱段λi的谱段数为4、6或者9。

在谱段偏振阵列基板3的背面的每个阵列单元涂有金纳米棒涂液偏振涂层5，如图4所示，利用金纳米棒长径比与透过谱段λi消光比的对应关系，由金纳米棒的长径比确定各个偏振涂层5的偏振谱段λi，如图6所示，在每个偏振涂层5中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金纳米棒涂液的涂刷方向确定偏振通道的划分；基板3为各个透过谱段λi透明的平板光学玻璃，如K9牌号光学玻璃；有关金纳米棒的长径比与偏振涂层5偏振谱段λi的关系的一个具体方案见下表。

各个谱段滤膜4的透过谱段λi与各个偏振涂层5的偏振谱段λi一一对应。

在定位耦合阵列的耦合定位板6的每个阵列单元开有田字分布的4个锥孔7，如图7所示，锥孔7开口朝向所述偏振涂层5，光纤8输入端由耦合定位板6上的定位孔固定，并与锥孔7锥角对接，如图8、图9所示，锥孔7作为一个光漏斗，能够最大程度地实现入射光与光纤的耦合。

在定位输出阵列的输出定位板9的每个阵列单元布置田字分布的4个扩束准直镜10，如图10所示，光纤8输出端由输出定位板9上的定位孔固定，并朝向扩束准直镜10，如图8、图11所示。

连接每组锥孔7和扩束准直镜10的光纤8的集束为光纤束1；光纤8为保偏光纤。

在光电转换阵列的每个阵列单元中设置一个光电转换器件11，如图12所示，各个光电转换器件11接同一台计算机，如图2所示，每个光电转换器件11采集一个谱段λi的目标偏振图像，由计算机将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四，如图13所示，得到目标的每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像；每个谱段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振图像强度依次为I_0°,λi、I_45°,λi、I_90°,λi、I_135°,λi，根据斯托克斯矢量法，每个谱段λi的偏振图像强度分量为：

偏振图像的偏振度P_λi和偏振角α_λi分别为：

每个谱段λi的偏振图像强度I_λi为：

光电转换阵列的每个阵列单元中的光电转换器件11的感光面由n×m的像元构成，如图13所示，由光电转换器件11传送给计算机的谱段λi的目标偏振图像则为由n×m个像素构成的模拟图像，运用计算机程序图像处理技术，由计算机以像素点(n/2,0)、(n/2,m)两点连线，以及像素点(0,m/2)、(n,m/2)两点连线的方式，将每一个谱段λi的目标偏振图像按田字分布一分为四。

仿虾蛄眼多通道实时多谱段偏振成像探测装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。