一種實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于偏振消光探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于目標(biāo)物反射光太強(qiáng)或者物體表面鏡面反射，拍攝到的圖像會(huì)呈現(xiàn)一片亮眼的白色，強(qiáng)烈干擾人眼或其他觀測設(shè)備對(duì)目標(biāo)物的觀察或探測。因此在這種情況下，需要某些前端設(shè)備在不影響目標(biāo)物探測信息的情況下消除強(qiáng)光，利于人眼或其他觀測設(shè)備對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行觀察或探測。針對(duì)這種情況，人們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各種消除強(qiáng)光的系統(tǒng)，常見的系統(tǒng)是在觀測設(shè)備和目標(biāo)物之間加一個(gè)衰減片以降低光強(qiáng)。但是，這種系統(tǒng)獲得的圖像整體光強(qiáng)變低，對(duì)比度減弱，目標(biāo)細(xì)節(jié)分辨率也會(huì)降低。
[0003]還有一種技術(shù)就是偏振消光系統(tǒng)，利用偏振片進(jìn)行消光的機(jī)理如圖1所示:當(dāng)光源滿足布儒斯特角ΘΒ入射時(shí)，反射光為完全線偏振光，調(diào)整檢偏器方位角，當(dāng)偏振方位角與反射光的偏振方向互相垂直時(shí)，由于偏振片的阻光作用，反射光完全不能通過偏振片，從而達(dá)到消光的目的；當(dāng)光源偏離布儒斯特角入射，反射光為部分偏振光，調(diào)整檢偏器方位角只能消除部分反射光，只要滿足入射角在布儒斯特角附近都能有效減弱強(qiáng)光對(duì)目標(biāo)探測的影響。
[0004]上述消光系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用場景，通常的消光裝置主要基于反饋消光、光學(xué)消光等。反饋消光是利用電路反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到消除強(qiáng)光的目的。文獻(xiàn)ZHANGJ H，LIUL G，ZHU H N，et al.The High Resolut1n Polarizat1n Nulling Measurement Systemwith Magneto-optical Modulator[J].Journal of Optoelectronics-Laser.2001，12(10):1041-1042.中公開了一種利用新型磁致調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路對(duì)偏振光進(jìn)行調(diào)制的方法，該消光裝置的優(yōu)點(diǎn)是快速實(shí)時(shí)，缺點(diǎn)是對(duì)旋光材料要求高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜；光學(xué)消光是利用光的性質(zhì)對(duì)強(qiáng)光進(jìn)行消除，原理簡單，適用性廣，效果也很明顯。專利CN103345099A中公開了一種基于偏振光消光的成像方法，其中用到的消光裝置為單路的偏振片消光，相機(jī)每次只能拍攝幾個(gè)特定角度的偏振圖像，有一定的局限性且不能實(shí)時(shí)消光。專利CN102998667A中公開了一種基于偏振遙感探測的波浪水面太陽耀光剝離方法，利用基于液晶相位可變延遲器的偏振成像探測儀進(jìn)行水面偏振成像探測，對(duì)得到的偏振圖像基于時(shí)間序列分析和圖像融合技術(shù)計(jì)算得到分離太陽耀光背景下的目標(biāo)物，這種消光探測裝置實(shí)時(shí)性較差且系統(tǒng)代價(jià)較高，設(shè)備昂貴，只能用在偏振遙感探測的太陽耀光剝離領(lǐng)域，有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)消除強(qiáng)光，減弱強(qiáng)光干擾對(duì)目標(biāo)探測的影響，利于人眼或其他觀測設(shè)備對(duì)目標(biāo)的觀察和探測，較為完整地提取出淹沒在強(qiáng)光中目標(biāo)信息。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為:一種實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置，該裝置包括采集路和探測路、支架、云臺(tái)、信號(hào)處理器、采集路顯示屏和探測路顯示屏，其中采集路和探測路的構(gòu)成完全相同，該米集路包括米集路相機(jī)、米集路偏振片、米集路步進(jìn)電機(jī)、采集路齒輪組、采集路感應(yīng)金屬以及采集路接近傳感器；探測路包括探測路相機(jī)、探測路偏振片、探測路步進(jìn)電機(jī)、探測路齒輪組、探測路感應(yīng)金屬以及探測路接近傳感器；
[0007]在采集路中，所述的采集路齒輪組包括大齒輪和小齒輪，小齒輪為主動(dòng)輪，大齒輪為從動(dòng)輪，小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路偏振片鑲在采集路齒輪組的大齒輪的中心，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏振片的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路步進(jìn)電機(jī)安裝在采集路齒輪組的小齒輪背后的支架上，采集路步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鑲有偏振片的大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路感應(yīng)金屬沿著采集路齒輪組的大齒輪的半徑方向安裝在大齒輪表面的邊緣位置，隨大齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，采集路接近傳感器安裝在采集路齒輪組的大齒輪背后的支架上，靠近大齒輪的邊緣；采集路相機(jī)、探測路相機(jī)設(shè)置在支架上，所述云臺(tái)位于支架的正下方，所述信號(hào)處理器分別與采集路相機(jī)、采集路步進(jìn)電機(jī)的控制器、探測路步進(jìn)電機(jī)的控制器、采集路接近傳感器、探測路接近傳感器、云臺(tái)、采集路顯示屏連接；探測路相機(jī)與探測路顯示屏連接。
[0008]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:(I)利用反射光的偏振特性消除強(qiáng)光，與利用衰減片進(jìn)行消光的現(xiàn)有方法相比，具有圖像對(duì)比度高，目標(biāo)的細(xì)節(jié)清晰等顯著優(yōu)點(diǎn)，更利于人眼或其他觀測設(shè)備對(duì)目標(biāo)物的觀察和探測，原理簡單，效果明顯。(2)實(shí)時(shí)顯示消光圖像，快速響應(yīng)場景變動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示探測結(jié)果。(3)實(shí)時(shí)校正系統(tǒng)誤差，使用對(duì)金屬物敏感的接近傳感器實(shí)時(shí)探測系統(tǒng)狀態(tài)，并周期性校正電機(jī)的空回誤差，排除系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷產(chǎn)生累積誤差的情況，實(shí)時(shí)的系統(tǒng)誤差校正使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性大大提升。(4)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電自動(dòng)初始化，利用兩個(gè)接近傳感器組件分別獲取兩路偏振片的位置，并控制兩路電機(jī)分別帶動(dòng)各自偏振片旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的初始位置，完成系統(tǒng)的初始化。初始化的目的是使兩路偏振片的0°偏振方向角相互平行，即兩路具有相同的起始狀態(tài)。
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0010]圖1為偏振消光原理示意圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本實(shí)用新型的支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為本實(shí)用新型實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置的接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]結(jié)合圖2，本實(shí)用新型實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置，該裝置包括采集路A和探測路B、支架8、云臺(tái)7、信號(hào)處理器9、采集路顯示屏10和探測路顯示屏11，其中采集路A和探測路B的構(gòu)成完全相同，該米集路A包括米集路相機(jī)1、米集路偏振片2、米集路步進(jìn)電機(jī)3、米集路齒輪組4、采集路感應(yīng)金屬5以及采集路接近傳感器6 ;探測路B包括探測路相機(jī)、探測路偏振片、探測路步進(jìn)電機(jī)、探測路齒輪組、探測路感應(yīng)金屬以及探測路接近傳感器；
[0015]在采集路A中，所述的采集路齒輪組4包括大齒輪和小齒輪，小齒輪為主動(dòng)輪，大齒輪為從動(dòng)輪，小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路偏振片2鑲在采集路齒輪組4的大齒輪的中心，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏振片2的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路步進(jìn)電機(jī)3安裝在采集路齒輪組4的小齒輪背后的支架8上，采集路步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鑲有偏振片的大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的采集路感應(yīng)金屬5沿著采集路齒輪組4的大齒輪的半徑方向安裝在大齒輪表面的邊緣位置，隨大齒輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，采集路接近傳感器6安裝在采集路齒輪組4的大齒輪背后的支架8上，靠近大齒輪的邊緣；采集路相機(jī)1、探測路相機(jī)設(shè)置在支架8上(采集路中的器件與對(duì)應(yīng)的采集路支架連接，探測路中的器件與對(duì)應(yīng)的探測路支架連接)，所述云臺(tái)7位于支架8的正下方，所述信號(hào)處理器9分別與采集路相機(jī)1、采集路步進(jìn)電機(jī)3的控制器、探測路步進(jìn)電機(jī)的控制器、采集路接近傳感器6、探測路接近傳感器、云臺(tái)7、采集路顯示屏10連接；探測路相機(jī)與探測路顯示屏11連接。信號(hào)處理器(9)可以為Altera公司生產(chǎn)的型號(hào)為EP4CE115F29C7的FPGA芯片。采集路顯示屏10顯示采集路相機(jī)實(shí)時(shí)采集到的視頻，探測路顯示屏11實(shí)時(shí)顯示消光視頻。
[0016]結(jié)合圖3，本實(shí)用新型的支架8包括采集路支架、探測路支架以及底座87，采集路支架和探測路支架的結(jié)構(gòu)完全相同，其中每一路支架又包括空心圓柱桶81、長方形板82、第一孔83、第三孔85、第二孔84以及立柱86，第一孔83、第三孔85、第二孔84設(shè)置在一條直線上，第三孔85位于第一孔83、第二孔84的中間，其中，空心圓柱桶81的前端用于固定軸承，軸承連接大齒輪(在采集路支架中，該軸承連接采集路齒輪組4的大齒輪；在探測路支架中，該軸承連接探測路齒輪組的大齒輪)，后端用于放置相機(jī)(在采集路支架中，該相機(jī)為采集路相機(jī)I ;在探測路支架中，該相機(jī)為探測路相機(jī))鏡頭，空心圓柱桶81的內(nèi)徑略大于相機(jī)鏡頭的直徑，空心圓柱桶81的高略大于相機(jī)鏡頭長，以保證相機(jī)鏡頭能放入空心圓柱桶81中，長方形板82用于固定步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接小齒輪，第一孔83、第二孔84用于固定長方形板2背后的步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸透過第三孔85與小齒輪連接，與底座87連接的立柱86支撐著空心圓柱桶81和長方形板82，云臺(tái)7位于底座87的正下方并與該底座87固定連接。
[0017]結(jié)合圖3，本實(shí)用新型的采集路偏振片2和探測路偏振片安裝前需要進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，標(biāo)定好兩路偏振片的0°偏振方向，將兩路感應(yīng)金屬分別撥到接近傳感器正前方，此時(shí)先安裝好采集路偏振片2，再安裝探測路偏振片，保證兩路偏振片的0°偏振方向相互平行即可。本實(shí)用新型的采集路齒輪組4和探測路齒輪組中的大齒輪和小齒輪的齒比為2: 1，即大齒輪的齒數(shù)為小齒輪的2倍，小齒輪每轉(zhuǎn)一圈，大齒輪轉(zhuǎn)半圈，偏振片轉(zhuǎn)180°。
[0018]本實(shí)用新型的采集路中，采集路感應(yīng)金屬5每經(jīng)過一次采集路接近傳感器6，采集路接近傳感器6都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)信號(hào)，即大齒輪每轉(zhuǎn)一圈，采集路接近傳感器6都能獲取一次偏振片的位置信息。采集路接近傳感器6主要有以下兩個(gè)作用:完成系統(tǒng)初始化以及周期性校正齒輪的空回誤差。系統(tǒng)初始化的作用是使系統(tǒng)上電后兩路偏振片有相同的起始狀態(tài)。利用接近傳感器周期性校正齒輪的空回誤差可以消除由于電機(jī)空回造成的系統(tǒng)誤差累積，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在探測路中的感應(yīng)金屬、接近傳感器內(nèi)容同上。
[0019]本實(shí)用新型的云臺(tái)7的應(yīng)用可以使裝置進(jìn)行360°范圍內(nèi)目標(biāo)搜索定位，云臺(tái)可以上、下、左、右四個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。采集路電機(jī)帶動(dòng)該路偏振片始終保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，探測路步進(jìn)電機(jī)會(huì)隨場景變化帶動(dòng)該路偏振片旋轉(zhuǎn)到不同的消光角度。采集路相機(jī)I將實(shí)時(shí)采集到的視頻信號(hào)傳輸給信號(hào)處理器9并輸出至采集路顯示屏10顯示；信號(hào)處理器9根據(jù)接收到的采集路視頻信號(hào)進(jìn)行消光態(tài)判別，控制探測路電機(jī)帶動(dòng)探測路偏振片旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的消光角度，同時(shí)探測路相機(jī)將采集到的實(shí)時(shí)消光視頻信號(hào)直接輸出至探測路顯示屏顯示11。
[0020]本實(shí)用新型實(shí)時(shí)雙目偏振消光探測裝置工作的步驟如下:
[0021]步驟一，雙路偏振同步初始化，即采集路、探測路偏振片處于偏振同步狀態(tài)，使得兩路偏振片的偏振方向保持一致，偏振角度差為零。
[0022]所述控制雙路偏振片完成雙路偏振同步初始化的具體步驟如下:
[0023]步驟1:對(duì)采集路、探測路偏振片的O度偏振方向進(jìn)行標(biāo)定，找到偏振片的O度偏振方向；
[0024]步驟2:利用接近傳感器設(shè)定雙路偏振片的初始位置，并保證在初始位置時(shí)，兩路偏振片的O度方向保持平行；
[0025]步驟3:兩路偏振片上電前處于任意位置時(shí)，控制芯片控制步