本實用新型屬于光學(xué)信息處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

濃海霧是我國東南沿海地區(qū)最常見的一種自然現(xiàn)象，一年之中大部分時間被海霧籠罩。海霧形成時，由于降溫或增濕使空氣達到飽和或接近飽和狀態(tài)而形成的水滴或冰晶懸浮在空氣中，使目標(biāo)物發(fā)出的光線被吸收、散射或折射，模糊目標(biāo)物與其背景，造成能見度降低等現(xiàn)象。濃海霧嚴(yán)重干擾衛(wèi)星遙感、無線通信，且會導(dǎo)致通?？梢姽?、紅外等目標(biāo)識別設(shè)備完全失靈，使得對該海域采用傳統(tǒng)的光學(xué)相關(guān)識別方法受到局限。

偏振作為獨立于光強度(振幅)和波長(光譜、色彩)的光的又一固有特性，可分辨從物體散射出的光的不同偏振差異，具有信息載體作用，蘊含著大量的其它光學(xué)特性所不具有的信息。在煙、霧等特定傳輸環(huán)境下探測距離更遠(yuǎn)，具有穿煙透霧、辨別真?zhèn)?、凸顯目標(biāo)的能力，彌補傳統(tǒng)光度學(xué)觀測中所存在的缺陷，且結(jié)合近紅外穿透能力好的特點，可實現(xiàn)雙波段偏振探測。但對于深遠(yuǎn)海域的目標(biāo)進行探測識別，在海霧天氣影響，目標(biāo)可視化觀測受限的因素下，僅采用這種被動探測方式使得監(jiān)視探測受到能量的局限性，嚴(yán)重影響后續(xù)的識別結(jié)果。且在外場探測識別中，考慮到系統(tǒng)在保障識別質(zhì)量的前提下，具有所用器件少、光路連接簡單、輕小型化的特點。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中亟需一種新型的技術(shù)方案解決這一問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題：為了補充現(xiàn)有對深海海域情況監(jiān)視探測的缺陷，為海上目標(biāo)識別提供有利依據(jù)及保障，本實用新型提供一種用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)聯(lián)合變換相關(guān)器的探測原理，結(jié)合偏振與紅外技術(shù)探測的優(yōu)勢，將現(xiàn)有被動探測方式轉(zhuǎn)化為主動偏振探測，從而提高目標(biāo)探測幾率。

一種用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)，其特征是：包括光源、第一分光系統(tǒng)、主動偏振發(fā)射系統(tǒng)、準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、第二分光系統(tǒng)、雙波段偏振探測系統(tǒng)、聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)、相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)、接收系統(tǒng)Ⅰ、接收系統(tǒng)Ⅱ及計算機處理與控制系統(tǒng)；

所述光源為可見光波段的連續(xù)激光光源；

所述第一分光系統(tǒng)位于光源的出射光路上，第一分光系統(tǒng)為半反半透鏡，其透射能量與反射能量之比為1:1；

所述主動偏振發(fā)射系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的透射光路上，主動偏振發(fā)射系統(tǒng)包括沿光路順次設(shè)置的偏振起偏組件、濾光片及光學(xué)望遠(yuǎn)物鏡，且偏振起偏組件、濾光片和光學(xué)望遠(yuǎn)物鏡處于同一光軸上；

所述準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)位于第一分光系統(tǒng)的反射光路上，準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)包括顯微物鏡、針孔及準(zhǔn)直物鏡，其中顯微物鏡的后焦面與準(zhǔn)直物鏡的前焦面重合，且針孔設(shè)置在重合焦面上；

所述第二分光系統(tǒng)放置在準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)的出射光路上，第二分光系統(tǒng)為半反半透鏡，其透射能量與反射能量之比為1:1；

所述雙波段偏振探測系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)物鏡、半反半透鏡、可見光偏振組件和近紅外偏振組件，其中可見光偏振組件置于半反半透鏡的反射光路上，可見光偏振組件由可見光偏振片和液晶可變相位延遲器Ⅰ組成，近紅外偏振組件置于半反半透鏡的透射光路上，近紅外偏振組件由近紅外偏振片和液晶可變相位延遲器Ⅱ組成；

所述聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)和接收系統(tǒng)Ⅰ依次設(shè)置在第二分光系統(tǒng)的透射方向上，其中聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)包括電尋址液晶Ⅰ和傅里葉變換透鏡Ⅰ，所述接收系統(tǒng)Ⅰ由CCD相機Ⅰ和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ組成，且CCD相機Ⅰ置于旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ之上；

所述相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)和接收系統(tǒng)Ⅱ依次設(shè)置在第二分光系統(tǒng)的反射方向上，其中相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)由電尋址液晶Ⅱ和傅里葉變換透鏡Ⅱ組成，所述接收系統(tǒng)Ⅱ由CCD相機Ⅱ和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ組成，且CCD相機Ⅱ置于旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ之上；

所述計算機處理與控制系統(tǒng)由計算機處理系統(tǒng)和轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)組成，其中計算機處理系統(tǒng)一端通過數(shù)據(jù)線分別與CCD相機Ⅱ、CCD相機Ⅰ連接，另一端分別與電尋址液晶Ⅰ及電尋址液晶Ⅱ相連接，轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)分別與旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ及旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ相連接。

所述CCD相機Ⅰ為可見光近紅外CCD相機。

所述CCD相機Ⅱ為可見光CCD相機。

接收聯(lián)合變換功率譜信息時，所述CCD相機Ⅰ放置在傅里葉變換透鏡Ⅰ的后焦面上。

接收相關(guān)峰信息時，所述CCD相機Ⅱ放置在傅里葉變換透鏡Ⅱ的后焦面上。

接收近紅外與可見光偏振信息時，所述CCD相機Ⅰ和CCD相機Ⅱ分別放置在近紅外偏振組件的出射光路上和可見光偏振組件的出射光路上。

通過上述設(shè)計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果：本實用新型提供一種用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)聯(lián)合變換相關(guān)器的探測原理，結(jié)合偏振及紅外探測的優(yōu)點，將現(xiàn)有被動探測方式轉(zhuǎn)化為主動偏振探測，從而提高目標(biāo)探測幾率。并且考慮外場環(huán)境下盡量簡化實驗器件的需求，在發(fā)射系統(tǒng)中，采用分光的方式，僅采用一個光源完成主動探測與目標(biāo)識別，在接收系統(tǒng)中，采用旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺，使系統(tǒng)中需要的4個探測器簡化為2個，簡化系統(tǒng)光路，在保障目標(biāo)識別質(zhì)量的前提下，系統(tǒng)所用器件最少，操作簡便，易于實現(xiàn)，使應(yīng)用光學(xué)相關(guān)識別技術(shù)對海霧環(huán)境下目標(biāo)的識別成為可能。

附圖說明

以下結(jié)合附圖說明和具體實施方式對本實用新型作進一步說明：

圖1本實用新型用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-光源、2-第一分光系統(tǒng)、3-主動偏振發(fā)射系統(tǒng)、31-偏振起偏組件、32-濾光片、33-光學(xué)望遠(yuǎn)物鏡、4-準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)、41-顯微物鏡、42-針孔、43-準(zhǔn)直物鏡、5-第二分光系統(tǒng)、6-雙波段偏振探測系統(tǒng)、61-望遠(yuǎn)物鏡、62-半反半透鏡、63-可見光偏振組件、64-近紅外偏振組件、7-聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)、71-電尋址液晶Ⅰ、72-傅里葉變換透鏡Ⅰ、8-相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)、81-電尋址液晶Ⅱ、82-傅里葉變換透鏡Ⅱ、9-接收系統(tǒng)Ⅰ、91-CCD相機Ⅰ、92-旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ、10-接收系統(tǒng)Ⅱ、101-CCD相機Ⅱ、102-旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ、11-計算機處理與控制系統(tǒng)、111-計算機處理系統(tǒng)、112-轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)。

具體實施方式

一種用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)，如圖1所示，包括光源1、第一分光系統(tǒng)2、主動偏振發(fā)射系統(tǒng)3、準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)4、第二分光系統(tǒng)5、雙波段偏振探測系統(tǒng)6、聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)7、相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)8、接收系統(tǒng)Ⅰ9、接收系統(tǒng)Ⅱ10及計算機處理與控制系統(tǒng)11；

所述的光源1為連續(xù)激光光源，所在波段為可見光波段。

所述的一分光系統(tǒng)2和第二分光系統(tǒng)5都為半反半透鏡，將一束光按能量為1:1的方式分為透射和反射兩束。

所述主動偏振發(fā)射系統(tǒng)3由偏振起偏組件31、濾光片32及光學(xué)望遠(yuǎn)物鏡33組成，其中偏振起偏組件31為可見光波段偏振片，通過旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)不同的起偏方向，濾光片32可旋轉(zhuǎn)用于調(diào)節(jié)出射光束能量，望遠(yuǎn)物鏡33對發(fā)射光束進行擴束，可根據(jù)實際照射目標(biāo)需求選擇相應(yīng)的擴束口徑，用于照射海霧背景下的目標(biāo)。

所述準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)4用于產(chǎn)生均勻準(zhǔn)直擴束的平行光，準(zhǔn)直擴束系統(tǒng)4由顯微物鏡41、針孔42及準(zhǔn)直物鏡43組成，其中針孔同時位于顯微物鏡的后焦面和準(zhǔn)直物鏡的前焦面處。

所述雙波段偏振探測系統(tǒng)6由望遠(yuǎn)物鏡61、半反半透鏡62、可見光偏振組件63和近紅外偏振組件64組成，其中可見光偏振組件63由可見光偏振片和液晶可變相位延遲器組成，近紅外偏振組件64由近紅外偏振片和液晶可變相位延遲器組成，通過控制液晶可變相位延遲器，可接受不同方向偏振信息。

所述聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)7由電尋址液晶Ⅰ71和傅里葉變換透鏡Ⅰ72組成，用于將記錄的目標(biāo)信息轉(zhuǎn)化成頻譜信息。

所述相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)8由電尋址液晶Ⅱ81和傅里葉變換透鏡Ⅱ82組成，用于將記錄的頻譜信息轉(zhuǎn)化成相關(guān)峰信息，進行目標(biāo)識別。

所述接收系統(tǒng)Ⅰ9由CCD相機Ⅰ91和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92組成，接收系統(tǒng)Ⅱ10由CCD相機Ⅱ101和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102組成，其中CCD相機Ⅰ91和CCD相機Ⅱ101分別置于旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102之上，通過旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102的旋轉(zhuǎn)，分別控制CCD相機Ⅰ91接收來自雙波段偏振探測系統(tǒng)6中的近紅外偏振信息或聯(lián)合變換功率譜信息及CCD相機Ⅱ101接收接收來自雙波段偏振探測系統(tǒng)6中的可見光信息或相關(guān)峰信息；要求在接收聯(lián)合變換功率譜信息和相關(guān)峰信息時，兩個CCD相機分別放置在聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)7中傅里葉變換透鏡Ⅰ72的后焦面和相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)8中傅里葉變換透鏡Ⅱ82的后焦面上；在接收近紅外與可見光偏振信息時，兩個CCD相機分別放置在雙波段偏振探測系統(tǒng)6的近紅外偏振組件64和可見光偏振組件63的出射光路上，其中接收近紅外偏振組件64的信息和聯(lián)合變換功率譜信息的CCD相機Ⅰ91為可見光近紅外CCD相機，接收可見光偏振組件63的信息和相關(guān)峰信息的CCD相機Ⅱ101為可見光CCD相機。

所述計算機處理與控制系統(tǒng)11由計算機處理系統(tǒng)111和轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)112組成，其中計算機處理系統(tǒng)111一端通過數(shù)據(jù)線分別與CCD相機Ⅰ91、CCD相機Ⅱ101連接，另一端分別與聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)7中的電尋址液晶Ⅰ71及相關(guān)峰產(chǎn)生系統(tǒng)8中的電尋址液晶Ⅱ81相連接；轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)112與兩個接收系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102相連接。

具體實現(xiàn)步驟：

步驟一、由轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)112調(diào)節(jié)接收系統(tǒng)Ⅰ9和接收系統(tǒng)Ⅱ10中的旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102位置，分別使CCD相機Ⅰ91放置在接收系統(tǒng)Ⅰ9中的A位置，對準(zhǔn)雙波段偏振探測系統(tǒng)6中的近紅外偏振組件64，CCD相機Ⅱ101放置在接收系統(tǒng)Ⅱ10的A位置，對準(zhǔn)雙波段偏振探測系統(tǒng)6中的可見光偏振組件63，使主動偏振發(fā)射系統(tǒng)3中的光學(xué)望遠(yuǎn)物鏡33對準(zhǔn)待識別目標(biāo)，調(diào)節(jié)偏振起偏組件31的起偏角度，開啟光源1，進行主動照射；

步驟二、雙波段偏振探測系統(tǒng)6中的望遠(yuǎn)物鏡61接收目標(biāo)信息，由半反半透鏡62分為兩束，調(diào)節(jié)可見光偏振組件63由CCD相機Ⅱ101接收可見光信息，調(diào)節(jié)近紅外偏振組件64由CCD相機Ⅰ91近紅外偏振信息，輸入到計算機處理系統(tǒng)111中，進行偏振度、偏振角及偏振斯托克斯參量的融合。

步驟三、再次調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)112使接收系統(tǒng)Ⅰ9和接收系統(tǒng)Ⅱ10中的旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅰ92和旋轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)臺Ⅱ102置于接收系統(tǒng)Ⅰ9和接收系統(tǒng)Ⅱ10中的B位置，且分別處在傅里葉變換透鏡Ⅰ72和傅里葉變換透鏡Ⅱ82的后焦面上；將預(yù)先存儲在計算機處理系統(tǒng)111中的識別模板與目標(biāo)偏振融合圖像一同輸入到聯(lián)合變換功率譜產(chǎn)生系統(tǒng)7的電尋址液晶Ⅰ71中，由傅里葉變換透鏡Ⅰ72進行傅里葉變換，得到的聯(lián)合變換功率譜由CCD相機Ⅰ91探測，輸入到計算機處理系統(tǒng)111中；

步驟四、將存儲在計算機處理系統(tǒng)111中的聯(lián)合變換功率譜輸入到電尋址液晶Ⅱ81中，由傅里葉變換透鏡Ⅱ82進行傅里葉逆變換，得到的相關(guān)峰由CCD相機Ⅱ101探測，輸入到計算機處理系統(tǒng)111中，通過相關(guān)點的亮度進行目標(biāo)識別，目標(biāo)與模板中匹配的信息越多，則相關(guān)點越亮，當(dāng)目標(biāo)與模板完全相同時，則相關(guān)點得到最大亮度。

綜上所述，本實用新型提供一種用于海霧環(huán)境觀測的雙波段主動偏振目標(biāo)識別系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)聯(lián)合變換相關(guān)器的探測原理，結(jié)合偏振及紅外技術(shù)在目標(biāo)探測中的優(yōu)勢，將現(xiàn)有被動探測方式轉(zhuǎn)化為主動偏振探測，從而提高目標(biāo)探測幾率。