1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
3 东北师范大学 物理学院, 吉林 长春 130033
微偏振阵列是分焦平面偏振计的核心元件。相较于纳米线栅阵列, 液晶偏振阵列有着设计灵活、工艺简便、性能稳定等独特优势, 有望实现高性价比、高精准度的偏振测量与成像。本文综述了近年来国内外科研团队针对液晶微偏振阵列展开的研究, 系统阐述了基于宾主型、偏振旋转型和相位延迟型3大类液晶偏振阵列的器件结构和工作原理, 不同的液晶排列结构可以实现从单一线偏振到全Stokes矢量的测量和成像, 最后讨论了液晶微偏振阵列与偏振探测技术相结合的发展趋势和应用中面临的挑战。
液晶器件 微偏振阵列 光控取向 分焦平面偏振成像 liquid crystal device micropolarizer array photoalignment division of focal-plane polarization imaging
1 中南大学航空航天学院, 湖南 长沙 410083
2 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁 沈阳 110169
分焦平面偏振成像系统具有结构紧凑、体积小和实时性高等优点,而且一次成像可以获得多个偏振方向的光强响应,已是目前偏振成像的研究热点之一,但该系统的分焦平面结构会降低图像的空间分辨率。为了重构全分辨率的偏振图像以及减弱瞬时视场误差的影响,偏振图像的插值必不可少。为了保护偏振图像的张量结构,提出一种基于张量非负稀疏分解的偏振图像插值算法。首先根据非负稀疏编码理论对4通道的偏振图像块进行张量分解;然后利用非局部自相似约束求解稀疏表示;最后根据采样矩阵将重构的图像块反向映射以获得全分辨率的偏振图像。实验结果表明,所提算法在定量指标和视觉重构效果方面均优于现有的主流算法。
光学学报
2021, 41(14): 1411001
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
分焦平面(DoFP)偏振探测器在成像过程中会受到噪声的干扰,从而影响解算偏振信息图像的质量和精度。首先,基于图像的非局部自相似性和不同偏振方向图像之间的相关性,利用DoFP偏振图像的空间分布特点对图像进行分块并选取相似的图像块构成相似块矩阵。然后,利用主成分分析(PCA)得到相似块矩阵的特征值矩阵和特征向量矩阵,并根据噪声和相似块矩阵的特征值分布特点,在PCA域中利用降维对图像进行去噪。最后,利用模拟和真实DoFP偏振图像评估本算法的去噪效果。实验结果表明,本算法可以有效抑制图像中的噪声,保留图像的纹理和边缘细节信息,比现有算法的峰值信噪比至少提高了1 dB。
成像系统 分焦平面偏振图像 非局部自相似性 相似块矩阵 图像去噪 主成分分析
1
2 西安邮电大学自动化学院, 陕西 西安 710121
3 西北工业大学自动化学院, 陕西 西安 710129
分焦平面(DoFP)偏振相机的相邻像元具有不同的偏振方向,会导致成像分辨率的损失。双线性插值和滑窗算法能够提高成像分辨率,因此,对双线性插值算法和滑窗算法的数学关系进行了分析,计算了两种算法处理边缘后的线性偏振度(DoLP)。分析表明,双线性插值算法得到的斯托克斯矢量是滑窗算法在四个方向上处理结果的平均值,在边缘区域,滑窗算法处理后的DoLP大于双线性插值算法。将两种算法分别应用于原始DoFP图像,并通过视觉、DoLP图像的统计直方图和均值进行评价。实验结果表明,与双线性插值算法相比,滑窗算法在边缘处产生较强的伪DoLP信息,更能凸显图像的边缘。
分焦平面 偏振图像 图像插值 数学关系 伪偏振 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161014
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所, 天津 300160
3 河北师范大学物理科学与信息工程学院, 河北 石家庄 050024
通过在分焦平面(DoFP)偏振相机前置相位延迟器,可将线偏振斯托克斯矢量的测量拓展为全斯托克斯矢量(FSV)的测量。针对基于DoFP相机的FSV偏振仪,提出了两种分别利用矩阵分解和伪逆模型估算FSV的优化策略。针对不同的FSV估算模型,这两种优化策略在两次光强采集的条件下可最小化测算方差,从而实现了测量精度的最优化。特别地,利用DoFP相机固有的测量冗余特性,提出了基于两次光强采集的波片相位延迟量自标定解析解,该自标定算法可在实际应用中替代波片相位延迟量标定环节,同时为动态变化环境下的实时偏振测量提供技术支撑。
物理光学 偏振 偏振仪 分焦平面相机 全斯托克斯矢量 自标定
1 西北工业大学 深圳研究院，广东 深圳 518057
2 西北工业大学 自动化学院，陕西 西安 710072
分焦平面式(DoFP)偏振成像探测器通过集成式微偏振阵列实现偏振信息的实时获取。然而由于成像过程中存在噪声，对后续的偏振图像去马赛克超分辨、场景偏振信息解算产生了严重影响。基于主成分分析(PCA)提出一种时空自适应DoFP视频数据去噪算法，对于每个待去噪的DoFP图像块，在其局部时空邻域内选取相似的图像块，然后利用主成分分析对其去噪。该算法充分利用DoFP视频数据的时空信息构建训练样本，且块匹配过程无需采用运动估计，可直接用于DoFP视频数据去噪。进一步提出基于双边滤波的残余噪声去除算法，从而得到更好的去噪效果。通过模拟与真实数据对所提算法进行实验验证，结果证明: 所提算法可有效抑制噪声，在相同测试条件下，所提算法优于现有算法。
分焦平面偏振成像 视频去噪 主成分分析 图像处理 division of focal plane polarization imaging video denoising principal component analysis image processing 红外与激光工程
2019, 48(10): 1026001
1 西北工业大学 深圳研究院, 广东 深圳 518057
2 西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710072
3 西安建筑科技大学 艺术学院, 陕西 西安 710055
红外偏振成像在抗干扰目标检测、复杂环境下人造物识别中具有潜在优势, 同时能够获取目标表面理化特性。分时、分振幅、分孔径红外偏振成像方式由于体积、重量、功耗等的不足限制了其应用, 而小型化、集成化、实时成像设备是红外偏振成像广泛应用的前提, 而对于所获取数据的智能分析是其应用的基础。介绍了所研制的红外偏振智能感知系统, 通过分焦平面式成像技术实时采集目标场景的红外偏振数据, 通过深度学习与分焦平面偏振成像紧密融合, 实现高质量偏振图像恢复与典型场景下运动目标的智能感知。
分焦平面偏振成像 热红外偏振探测 深度学习 图像处理 division of focal plane polarization imaging thermal infrared polarization detection deep learning image processing 红外与激光工程
2018, 47(11): 1102001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间三部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足偏振遥感系统对探测精度的要求，采用多线阵分焦平面型偏振探测系统分析了消光比对偏振探测精度的影响，并构建了偏振辐射传递模型。介绍了分焦平面型偏振仪器的结构，结合国内外微型偏振片的加工技术，采用多线阵微型偏振片替代微偏振片马赛克阵列的探测方法分析了金属线栅微偏振片消光比对偏振探测的影响，推导了光学系统及非理想偏振片的偏振传递矩阵，根据偏振辐射传递理论构建了偏振探测系统的校正模型。基于校正模型制定了相应的参数标定方案，为实验室偏振辐射标定提供了理论基础。模拟及实验结果表明，在受限于设备稳定性的情况下，系统探测精度可达到0.5%，满足偏振探测精度要求。
遥感 分焦平面 微偏振片 系统定标 偏振辐射传递 光学学报
2016, 36(11): 1128003
