本發(fā)明涉及一種仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置，屬于目標的光學探測技術領域。
背景技術：
自然界中的物體表面的反射光都具有自己的光譜特性和偏振特性。就探測而言，目標的偏振信息，例如偏振角和偏振度，成為反映目標有效信息。蝦蛄眼具有復雜的結構，由上千個小眼構成復眼，這些小眼分成腹側、背側和中頻帶三個區(qū)域。蝦蛄眼能夠高效、準確識別偏振光，這是因為不同小眼對不同方向的偏振光敏感，由此產生拮抗作用。腹側和背側小眼分別對相互垂直的偏振光敏感；中頻帶中的5排、6排小眼對平行和垂直于排向的偏振光敏感。所述的小眼由角膜和感桿束組成。所述感桿束呈長條狀并連接到視網膜上，作為光導將像呈現(xiàn)于視網膜上。
仿蝦蛄眼感桿束結構設計的偏振探測裝置具有偏振成像、偏振識別以及偏振度計算能力，能夠提高目標探測與識別概率及精度，探測裝置的體積能夠減小。
在申請公布號為cn103900696a、名稱為“一種仿螳螂蝦視覺偏振拮抗感知的水下偏振成像方法”的一件中國發(fā)明專利申請中，通過采集拮抗對偏振信號，得到偏振度參數(shù)和合成光強參數(shù)，由此實現(xiàn)水下目標成像。該方案能夠提高水下目標成像探測精度。一本由springerberlinheidelberg于2016年出版的書名為《multi-bandpolarizationimagingandapplications》的出版物中收錄一篇題為“bio-inspiredmulti-bandpolarizationimaging”的文章，披露一種仿蝦蛄眼的大視場多譜段偏振視覺系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)由9個相機按3×3陣列排布構成，位于陣列四角和中心的5個相機屬于光譜通道，實現(xiàn)光譜識別，其他4個相機為4個方向的偏振通道，該4個方向分別為0°、45°、90°、135°四個透光方向，9個相機獲得的圖像輸入計算機，經圖像處理獲得大視場的偏振圖像和光譜圖像。
所述現(xiàn)有技術在譜段選擇部分和偏振通道方面，二者相對獨立，裝置的體積較大，在使用方面靈活性較差。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明其目的在于，提高偏振成像探測裝置的集成程度，使得結構緊湊、體積減小，提高使用靈活性，為此，我們發(fā)明了一種仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置。
本發(fā)明之仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置其特征在于，如圖2所示，信號探測部分與信號轉換與處理部分由光纖束1連接；在信號探測部分中，聚焦成像陣列、譜段偏振陣列和定位耦合陣列依次排列，在信號轉換與處理部分中，定位輸出陣列和光電轉換陣列依次排列；所述聚焦成像陣列、譜段偏振陣列、定位耦合陣列、定位輸出陣列和光電轉換陣列的陣列單元的數(shù)量和排列方式相同、位置前后對應；在聚焦成像陣列的每個陣列單元中，田字分布4個成像透鏡2，如圖3所示；在譜段偏振陣列的基板3的正面的每個陣列單元鍍有譜段濾膜4，如圖4所示，各個譜段濾膜4有各自的透過譜段λi，如圖5所示；在譜段偏振陣列基板3的背面的每個陣列單元涂有金納米棒涂液偏振涂層5，如圖4所示，由金納米棒的長徑比確定各個偏振涂層5的偏振譜段λi，如圖6所示，在每個偏振涂層5中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金納米棒涂液的涂刷方向確定偏振通道的劃分；各個譜段濾膜4的透過譜段λi與各個偏振涂層5的偏振譜段λi一一對應；在定位耦合陣列的耦合定位板6的每個陣列單元開有田字分布的4個錐孔7，如圖7所示，錐孔7開口朝向所述偏振涂層5，光纖8輸入端由耦合定位板6上的定位孔固定，并與錐孔7錐角對接，如圖8、圖9所示；在定位輸出陣列的輸出定位板9的每個陣列單元布置田字分布的4個擴束準直鏡10，如圖10所示，光纖8輸出端由輸出定位板9上的定位孔固定，并朝向擴束準直鏡10，如圖8、圖11所示；連接每組錐孔7和擴束準直鏡10的光纖8的集束為光纖束1；在光電轉換陣列的每個陣列單元中設置一個光電轉換器件11，如圖12所示，各個光電轉換器件11接同一臺計算機，如圖2所示，每個光電轉換器件11采集一個譜段λi的目標偏振圖像，由計算機將每一個譜段λi的目標偏振圖像按田字分布一分為四，如圖13所示，得到目標的每個譜段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振圖像。
本發(fā)明其技術效果在于，聚焦成像陣列中的若干成像透鏡2模仿蝦蛄眼中的小眼角膜，完成目標成像。譜段偏振陣列一方面模仿蝦蛄眼不同小眼識別不同光譜的特性，將來自同一目標的光信號進行譜段劃分，從而實現(xiàn)實時多譜段偏振成像探測，另一方面模仿蝦蛄眼的多偏振通道結構，將來自同一目標不同譜段λi的光信號均進行偏振態(tài)劃分，從而探測到每個譜段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振圖像。譜段偏振陣列在同一塊基板3的正反兩面制作譜段濾膜4和偏振涂層5，大幅提高探測裝置的集成程度，使得探測裝置結構更緊湊、體積明顯減小。由光纖束1連接信號探測部分與信號轉換與處理部分，信號轉換與處理部分固定不動，具有必要長度光纖束1使得信號探測部分的空間位置可隨意可變，并且，定位耦合陣列經及定位輸出陣列的使用，不論信號探測部分的空間位置如何改變，所探測到的目標光信號均能完好如初地傳送給光電轉換陣列，這使得探測裝置的使用靈活性大大提高。
附圖說明
圖1是現(xiàn)有仿蝦蛄眼的大視場多譜段偏振視覺系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明之仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置整體結構示意圖，該圖同時作為摘要附圖。
圖3是本發(fā)明之探測裝置中的聚焦成像陣列結構示意圖。
圖4是本發(fā)明之探測裝置中的譜段偏振陣列結構示意圖。
圖5是本發(fā)明之探測裝置中的譜段偏振陣列中的譜段濾膜單元劃分示意圖。
圖6是本發(fā)明之探測裝置中的譜段偏振陣列中的偏振涂層單元劃分及偏振通道劃分示意圖。
圖7是本發(fā)明之探測裝置中的定位耦合陣列結構示意圖。
圖8是本發(fā)明之探測裝置中的錐孔、光纖和擴束準直鏡三者結構關系示意圖。
圖9是本發(fā)明之探測裝置中的錐孔與光纖結構關系局部放大剖視示意圖。
圖10是本發(fā)明之探測裝置中的定位輸出陣列結構示意圖。
圖11是本發(fā)明之探測裝置中的光纖與擴束準直鏡結構關系局部放大剖視示意圖。
圖12是本發(fā)明之探測裝置中的光電轉換陣列結構示意圖。
圖13是本發(fā)明之探測裝置中的計算機將每一個譜段λi的目標偏振圖像按田字分布一分為四劃分情況示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明之仿蝦蛄眼多通道實時多譜段偏振成像探測裝置其具體實施方式如下所述。
如圖2所示，信號探測部分與信號轉換與處理部分由光纖束1連接。
在信號探測部分中，聚焦成像陣列、譜段偏振陣列和定位耦合陣列依次排列，在信號轉換與處理部分中，定位輸出陣列和光電轉換陣列依次排列。
所述聚焦成像陣列、譜段偏振陣列、定位耦合陣列、定位輸出陣列和光電轉換陣列的陣列單元的數(shù)量和排列方式相同、位置前后對應；陣列單元排列方式包括2×2、2×3或者3×3。
在聚焦成像陣列的每個陣列單元中，田字分布4個成像透鏡2，如圖3所示。
在譜段偏振陣列的基板3的正面的每個陣列單元鍍有譜段濾膜4，如圖4所示，各個譜段濾膜4有各自的透過譜段λi，如圖5所示，透過譜段λi的譜段數(shù)為4、6或者9。
在譜段偏振陣列基板3的背面的每個陣列單元涂有金納米棒涂液偏振涂層5，如圖4所示，利用金納米棒長徑比與透過譜段λi消光比的對應關系，由金納米棒的長徑比確定各個偏振涂層5的偏振譜段λi，如圖6所示，在每個偏振涂層5中，田字分布0°、45°、90°和135°偏振通道，由金納米棒涂液的涂刷方向確定偏振通道的劃分；基板3為各個透過譜段λi透明的平板光學玻璃，如k9牌號光學玻璃；有關金納米棒的長徑比與偏振涂層5偏振譜段λi的關系的一個具體方案見下表。
各個譜段濾膜4的透過譜段λi與各個偏振涂層5的偏振譜段λi一一對應。
在定位耦合陣列的耦合定位板6的每個陣列單元開有田字分布的4個錐孔7，如圖7所示，錐孔7開口朝向所述偏振涂層5，光纖8輸入端由耦合定位板6上的定位孔固定，并與錐孔7錐角對接，如圖8、圖9所示，錐孔7作為一個光漏斗，能夠最大程度地實現(xiàn)入射光與光纖的耦合。
在定位輸出陣列的輸出定位板9的每個陣列單元布置田字分布的4個擴束準直鏡10，如圖10所示，光纖8輸出端由輸出定位板9上的定位孔固定，并朝向擴束準直鏡10，如圖8、圖11所示。
連接每組錐孔7和擴束準直鏡10的光纖8的集束為光纖束1；光纖8為保偏光纖。
在光電轉換陣列的每個陣列單元中設置一個光電轉換器件11，如圖12所示，各個光電轉換器件11接同一臺計算機，如圖2所示，每個光電轉換器件11采集一個譜段λi的目標偏振圖像，由計算機將每一個譜段λi的目標偏振圖像按田字分布一分為四，如圖13所示，得到目標的每個譜段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振圖像；每個譜段λi的0°、45°、90°、135°透光方向偏振圖像強度依次為i0°,λi、i45°,λi、i90°,λi、i135°,λi，根據(jù)斯托克斯矢量法，每個譜段λi的偏振圖像強度分量為：
偏振圖像的偏振度pλi和偏振角αλi分別為：
每個譜段λi的偏振圖像強度iλi為：
光電轉換陣列的每個陣列單元中的光電轉換器件11的感光面由n×m的像元構成，如圖13所示，由光電轉換器件11傳送給計算機的譜段λi的目標偏振圖像則為由n×m個像素構成的模擬圖像，運用計算機程序圖像處理技術，由計算機以像素點(n/2,0)、(n/2,m)兩點連線，以及像素點(0,m/2)、(n,m/2)兩點連線的方式，將每一個譜段λi的目標偏振圖像按田字分布一分為四。