Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置與方法。Mueller矩陣測(cè)試過程中，存在HH理論上完全透光和HV理論上完全消光的情況，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同亮度的客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本發(fā)明裝置包括光源、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第一線偏振片、第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、1/4波片一、第三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、1/4波片二、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第二線偏振片、旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、成像鏡頭、工業(yè)相機(jī)和電腦。本發(fā)明在獲得相機(jī)不同曝光時(shí)間下輻射亮度和灰度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系基礎(chǔ)上，針對(duì)雙玻片旋轉(zhuǎn)法Mueller成像所測(cè)量的16幅圖像進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到高動(dòng)態(tài)范圍的Mueller矩陣成像結(jié)果。
【專利說明】
MueI Ier矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于雙玻片旋轉(zhuǎn)法的Mueller矩陣成像 的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Mueller矩陣是描述介質(zhì)偏振屬性的光學(xué)參數(shù)，由4*4個(gè)元素構(gòu)成，體現(xiàn)了完整的 偏振參數(shù)，在微觀結(jié)構(gòu)信息表征、遙感成像等方面得到廣泛應(yīng)用。雙玻片旋轉(zhuǎn)法是一種測(cè)量 Mueller矩陣的方法，由入射偏振態(tài)和出射偏振態(tài)兩種構(gòu)成，利用偏振片和波片的組合分別 獲得水平偏振光化）、豎直偏振光(V)、45度偏振光(P)和右旋圓偏振光(R)四種偏振態(tài)的入 射光，在經(jīng)過介質(zhì)反射或透射后，分別接收水平偏振光化)、豎直偏振光(V)、45度偏振光(P) 和右旋圓偏振光(R)四種偏振態(tài)的光，進(jìn)而獲得16幅不同偏振光組合下的偏振圖像，計(jì)算出 每個(gè)像素點(diǎn)的Mueller矩陣。
[0003] 在實(shí)際成像測(cè)量過程中，由于Mueller矩陣成像需采集16幅不同偏振態(tài)組合下的 圖像，不同偏振態(tài)組合有不同的透過率，具有一定的動(dòng)態(tài)范圍。相機(jī)本身具有自身的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)范圍，圖像灰度值利用256個(gè)灰級(jí)來表示，但對(duì)于大于動(dòng)態(tài)范圍的光均表現(xiàn)為255,無法體 現(xiàn)真實(shí)的能量。Mueller矩陣測(cè)試過程中，存在皿理論上完全透光和HV理論上完全消光的情 況，需要覆蓋的能量范圍較廣，如采用消光比為100000:1的偏振片，相機(jī)需要覆蓋100000:1 的范圍。在一個(gè)成像條件下，如曝光時(shí)間、增益、光圈等參數(shù)確定前提下，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同亮 度的客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。但可W采用調(diào)節(jié)成像參數(shù)的方法，W使暗環(huán)境和亮環(huán)境均能在相機(jī)255 的響應(yīng)范圍W內(nèi)。一般而言，曝光時(shí)間可W采用軟件編程的方法控制感光忍片的光照積分 時(shí)間，在成像過程中通過設(shè)定不同的曝光時(shí)間，采集Mueller矩陣測(cè)量所需的16幅圖，但需 要標(biāo)定到一個(gè)亮度范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種用于雙玻片旋轉(zhuǎn)法的Mueller矩陣成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝 置與方法，包括福射亮度-灰度對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定及Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像兩個(gè)過 程。
[0005] 本發(fā)明Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，包括光源、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定 在第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的第一線偏振片、第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的1/4波 片一、第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的1/4波片二、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第 四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的第二線偏振片、旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、成像鏡頭、工業(yè)相機(jī)和電腦;所述的第一 電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在光源和第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間，第二線偏振片設(shè)置在1/4波片二的光輸出 端;第二線偏振片的光輸出端經(jīng)成像鏡頭收集后由輸入工業(yè)相機(jī)探測(cè);第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第 二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)均由旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器控制旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)控 制器和工業(yè)相機(jī)連接至電腦。其中，移除第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、1/4波片一、第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和1/ 4波片二后，光源、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第一線偏振片、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第二線偏振片、旋轉(zhuǎn)臺(tái) 控制器、成像鏡頭、工業(yè)相機(jī)和電腦構(gòu)成福射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置。
[0006] 本發(fā)明Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方法，包括福射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的 標(biāo)定和Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像兩個(gè)過程，具體如下：
[0007] 福射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定過程如下：
[0008] 構(gòu)建福射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置，光源作為福射源發(fā)出光，入射到第一線偏 振片，透過后經(jīng)過第二線偏振片，由成像鏡頭收集并由工業(yè)相機(jī)探測(cè)。第一線偏振片和第二 線偏振片的透光軸方向一致。第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)保持不動(dòng)，通過電腦實(shí)現(xiàn)第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)相 對(duì)第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)在0-90°內(nèi)沿同一轉(zhuǎn)向順序旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)0.2度，并由工業(yè)相機(jī)獲得各 位置處圖像灰度值大小，得到第一線偏振片和第二線偏振片在不同夾角情況下圖像灰度值 的大小分布。再根據(jù)馬呂斯定律I = l〇cos20將第一線偏振片和第二線偏振片的角度Θ轉(zhuǎn)換為 福射亮度值I，進(jìn)而建立福射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān)系，其中，1〇為第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái) 相對(duì)第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角為0°時(shí)的福射亮度值。工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)不同曝光時(shí)間下的福射亮 度值和圖像灰度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0009] 構(gòu)建Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，光源所發(fā)出的入射光，經(jīng)第一線偏振 片和1/4波片一偏振態(tài)調(diào)制后，入射到待測(cè)物體，散射光經(jīng)過1/4波片二和第二線偏振片后， 最終由成像鏡頭收集并由工業(yè)相機(jī)探測(cè)。電腦經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制器控制第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電 控旋轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將光源所發(fā)出的光分別調(diào)制為水平偏振光Η、豎直偏振光V、45度偏 振光Ρ、右旋圓偏振光R入射到待測(cè)物體上；旋轉(zhuǎn)控制器控制第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)1/4波片 二、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)第二線偏振片旋轉(zhuǎn)，1/4波片二和第二線偏振片相互旋轉(zhuǎn)可分別提 取散射光中的水平偏振光Η、豎直偏振光V、45度偏振光Ρ、右旋圓偏振光R成分，由成像鏡頭 接收散射光，對(duì)待測(cè)樣本表面成像并由工業(yè)相機(jī)接收，獲得的圖像傳輸至電腦。
[0010] Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像的過程具體如下：
[0011] 電腦獲得的十六幅偏振圖像如下：入射光和散射光均為豎直偏振光時(shí)的圖像VV， 入射光為豎直偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像VR，入射光為豎直偏振光且散射光 為水平偏振光時(shí)的圖像VH，入射光為豎直偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像VP;入射 光為右旋圓偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像RP，入射光和散射光均為右旋圓偏振光 時(shí)的圖像RR，入射光為右旋圓偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像畑，入射光為右旋圓 偏振光且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖像RV;入射光為水平偏振光且散射光為豎直偏振光時(shí) 的圖像HV，入射光為水平偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像皿，入射光和散射光均 為水平偏振光時(shí)的圖像HH，入射光為水平偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像HP;入射 光和散射光均為45度偏振光時(shí)的圖像PP，入射光為45度偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí) 的圖像PR，入射光為45度偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像PH，入射光為45度偏振光 且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖像PV。不同偏振態(tài)組合下透過率不同，為了保證圖像灰度值 在0-255之間，根據(jù)圖像灰度分布情況設(shè)定不同的曝光時(shí)間:VV、RR、PP和皿的透過率較高， 曝光時(shí)間設(shè)置為小于其它偏振態(tài)組合的曝光時(shí)間。
[0012] 為了將不同曝光時(shí)間下的圖像灰度值映射到同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，每一個(gè)圖像灰度值查 詢對(duì)應(yīng)曝光時(shí)間下的福射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，均通過插值矯正到在實(shí)際 成像過程中設(shè)置的曝光時(shí)間t下的福射亮度值與圖像灰度值關(guān)系，福射亮度值插值公式為
，Rl為曝光時(shí)間tl時(shí)的福射亮度值，R2為曝光時(shí)間t2時(shí)的福射亮度值。 將各個(gè)偏振組合情況下獲得的所有像素點(diǎn)圖像灰度值均矯正到曝光時(shí)間t下的福射亮度 值，進(jìn)而計(jì)算出每一個(gè)像素點(diǎn)的Mueller矩陣如下：
[0013]
[0014] 其中，HH表示水平偏振光入射，水平偏振光接收的能量大?。?br>[0015] HV表示水平偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大?。?br>[0016] HR表示水平偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大??；
[0017] HP表示水平偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大?。?br>[001引 W表示垂直偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[0019] VH表示垂直偏振光入射，水平偏振光接收的能量大??；
[0020] VP表示垂直偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大?。?br>[0021 ] VR表示垂直偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大??；
[0022] PH表示45度線偏振光入射，水平偏振光接收的能量大?。?br>[0023] PV表示45度線偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[0024] PR表示45度線偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大小；
[0025] PP表示45度線偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大?。?br>[0026] RH表示右旋圓偏振光入射，水平偏振光接收的能量大小；
[0027] RV表示右旋圓偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[00%] RP表示右旋圓偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大小；
[0029] RR表示右旋圓偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大小；
[0030] Mil 為 HH+HV+VH+VV 的值；
[0031] Mi2 為 HH+HV-VH-VV 的值；
[0032] M21 為 HH-HV+VH-VV 的值；
[0033] M31 為 2 化P+VP)-Mii 的值；
[0034] M41 為 2 化R+VR)-Mii 的值。
[0035] 本發(fā)明的有益效果：
[0036] 本發(fā)明在獲得相機(jī)不同曝光時(shí)間下福射亮度和灰度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系基礎(chǔ)上，針對(duì)雙 玻片旋轉(zhuǎn)法Mueller成像所測(cè)量的16幅圖像進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而得到高動(dòng)態(tài)范圍的Mueller 矩陣成像結(jié)果。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明中福射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖3為福射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置標(biāo)定的不同曝光時(shí)間下的福射亮度值和圖 像灰度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；
[0040]圖4為插值法計(jì)算實(shí)際曝光時(shí)間下圖像灰度值對(duì)應(yīng)的福射亮度值。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0042] 如圖1所示，Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，包括光源1、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái) 2、固定在第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上的第一線偏振片3、第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)4、固定在第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái) 4上的1/4波片一 5、第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)7、固定在第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)7上的1/4波片二8、第四電控 旋轉(zhuǎn)臺(tái)9、固定在第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9上的第二線偏振片10、旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器11、成像鏡頭12、工 業(yè)相機(jī)13和電腦14;第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2設(shè)置在光源1和第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)4之間，待測(cè)樣本6放 置在1/4波片一 5和1/4波片二8之間，第二線偏振片10設(shè)置在1/4波片二8的光輸出端;第二 線偏振片10的光輸出端經(jīng)成像鏡頭12收集后由輸入工業(yè)相機(jī)13探測(cè);第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2、第 二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)4、第Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)7和第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9均由旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器11控制旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn) 臺(tái)控制器11和工業(yè)相機(jī)13連接至電腦14。其中，移除第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)4、1/4波片一 5、第Ξ電 控旋轉(zhuǎn)臺(tái)7和1/4波片二8后，光源1、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2、第一線偏振片3、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9、 第二線偏振片10、旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器11、成像鏡頭12、工業(yè)相機(jī)13和電腦14構(gòu)成福射亮度與圖像 灰度值標(biāo)定裝置，如圖2所示。
[0043] Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展方法，包括福射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定和 Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像兩個(gè)過程，具體如下：
[0044] 福射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定過程如下：
[0045] 構(gòu)建福射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置，光源1作為福射源發(fā)出光，入射到第一線偏 振片3,透過后經(jīng)過第二線偏振片10,由成像鏡頭12收集并由工業(yè)相機(jī)13探測(cè)。第一線偏振 片3和第二線偏振片10的透光軸方向一致。第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2保持不動(dòng)，通過電腦14實(shí)現(xiàn)第 四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9相對(duì)第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2在0-90°內(nèi)沿同一轉(zhuǎn)向順序旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)0.2度，并 由工業(yè)相機(jī)13獲得各位置處圖像灰度值大小，得到第一線偏振片3和第二線偏振片10在不 同夾角情況下圖像灰度值的大小分布。再根據(jù)馬呂斯定律I = I〇cos20將第一線偏振片3和第 二線偏振片10的角度Θ轉(zhuǎn)換為福射亮度值I，進(jìn)而建立福射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān) 系，其中，1〇為第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9相對(duì)第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的轉(zhuǎn)角為0°時(shí)的福射亮度值。工業(yè)相 機(jī)13實(shí)現(xiàn)不同曝光時(shí)間下的福射亮度值和圖像灰度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，曝光時(shí)間分別為 20、30、40、60、100、140ys時(shí)圖像灰度值與福射亮度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。
[0046] 構(gòu)建Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，光源1所發(fā)出的入射光，經(jīng)第一線偏 振片3和1/4波片一 5偏振態(tài)調(diào)制后，入射到待測(cè)物體6,散射光經(jīng)過1/4波片二8和第二線偏 振片10后，最終由成像鏡頭12收集并由工業(yè)相機(jī)13探測(cè)。電腦14經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制器11控制第一 電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)2和第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)4相對(duì)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將光源1所發(fā)出的光分別調(diào)制為水平偏振 光Η、豎直偏振光V、45度偏振光P、右旋圓偏振光R入射到待測(cè)物體6上;旋轉(zhuǎn)控制器11控制第 Ξ電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)7帶動(dòng)1/4波片二8、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)9帶動(dòng)第二線偏振片10旋轉(zhuǎn)，1/4波片二8 和第二線偏振片10相互旋轉(zhuǎn)可分別提取散射光中的水平偏振光Η、豎直偏振光V、45度偏振 光P、右旋圓偏振光R成分，由成像鏡頭12接收散射光，對(duì)待測(cè)樣本6表面成像并由工業(yè)相機(jī) 13接收，獲得的圖像傳輸至電腦14。
[0047] Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像的過程具體如下：
[0048] 電腦獲得的十六幅偏振圖像如下：入射光和散射光均為豎直偏振光時(shí)的圖像VV， 入射光為豎直偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像VR，入射光為豎直偏振光且散射光 為水平偏振光時(shí)的圖像VH，入射光為豎直偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像VP;入射 光為右旋圓偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像RP，入射光和散射光均為右旋圓偏振光 時(shí)的圖像RR，入射光為右旋圓偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像畑，入射光為右旋圓 偏振光且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖像RV;入射光為水平偏振光且散射光為豎直偏振光時(shí) 的圖像HV，入射光為水平偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像皿，入射光和散射光均 為水平偏振光時(shí)的圖像HH，入射光為水平偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像HP;入射 光和散射光均為45度偏振光時(shí)的圖像PP，入射光為45度偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí) 的圖像PR，入射光為45度偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像PH，入射光為45度偏振光 且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖像PV。不同偏振態(tài)組合下透過率不同，為了保證圖像灰度值 在0-255之間，根據(jù)圖像灰度分布情況設(shè)定不同的曝光時(shí)間:VV、RR、PP和皿的透過率較高， 曝光時(shí)間設(shè)置為小于其它偏振態(tài)組合的曝光時(shí)間。
[0049] 為了將不同曝光時(shí)間下的圖像灰度值映射到同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，每一個(gè)圖像灰度值查 詢對(duì)應(yīng)曝光時(shí)間下的福射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，均通過插值矯正到在實(shí)際 成像過程中設(shè)置的曝光時(shí)間t下的福射亮度值與圖像灰度值關(guān)系，如圖4所示，圖像灰度值 為G時(shí)插值確定的福射亮度值
恥為曝光時(shí)間ti時(shí)的福射亮度值，R2為 曝光時(shí)間t2時(shí)的福射亮度值。將各個(gè)偏振組合情況下獲得的所有像素點(diǎn)圖像灰度值均矯正 到曝光時(shí)間t下的福射亮度值，進(jìn)而計(jì)算出每一個(gè)像素點(diǎn)的Mueller矩陣如下：
[(K)加 ]
[0051]其中，HH表示水平偏振光入射，水平偏振光接收的能量大??；
[0052] HV表不水平偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大小；
[0053] HR表不水平偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大?。?br>[0054] HP表不水平偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大??；
[0055] VV表不垂直偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[0056] VH表不垂直偏振光入射，水平偏振光接收的能量大??；
[0057] VP表不垂直偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大??；
[005引 VR表不垂直偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大??；
[0059] PH表不45度線偏振光入射，水平偏振光接收的能量大?。?br>[0060] PV表不45度線偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[0061 ] PR表示45度線偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大?。?br>[0062] PP表示45度線偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大小；
[0063] RH表不右旋圓偏振光入射，水平偏振光接收的能量大??；
[0064] RV表示右旋圓偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大??；
[0065] RP表示右旋圓偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大?。?br>[0066] RR表示右旋圓偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大??；
[0067] Mil 為 HH+HV+VH+VV 的值；
[006引 Mi2 為 HH+HV-VH-VV 的值;M21 為 HH-HV+VH-VV 的值;M31 為 2(HP+VP)-Mii 的值;M"為 2 化 R+VR)-Mii 的值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，包括光源、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第一電 控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的第一線偏振片、第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的1/4波片一、第 三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的1/4波片二、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、固定在第四電控 旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的第二線偏振片、旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、成像鏡頭、工業(yè)相機(jī)和電腦，其特征在于:所述的 第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在光源和第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間，第二線偏振片設(shè)置在1/4波片二的光 輸出端;第二線偏振片的光輸出端經(jīng)成像鏡頭收集后由輸入工業(yè)相機(jī)探測(cè)；第一電控旋轉(zhuǎn) 臺(tái)、第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)均由旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制器控制旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn) 臺(tái)控制器和工業(yè)相機(jī)連接至電腦;其中，移除第二電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、1/4波片一、第三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái) 和1/4波片二后，光源、第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第一線偏振片、第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、第二線偏振片、旋 轉(zhuǎn)臺(tái)控制器、成像鏡頭、工業(yè)相機(jī)和電腦構(gòu)成輻射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置進(jìn)行Mueller矩陣動(dòng)態(tài) 范圍擴(kuò)展的方法，包括輻射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定和Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò) 展成像兩個(gè)過程，具體如下： 輻射亮度與圖像灰度值對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定過程如下： 構(gòu)建輻射亮度與圖像灰度值標(biāo)定裝置，光源作為輻射源發(fā)出光，入射到第一線偏振片， 透過后經(jīng)過第二線偏振片，由成像鏡頭收集并由工業(yè)相機(jī)探測(cè)；第一線偏振片和第二線偏 振片的透光軸方向一致;第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)保持不動(dòng)，通過電腦實(shí)現(xiàn)第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)第 一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)在0-90°內(nèi)沿同一轉(zhuǎn)向順序旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)0.2度，并由工業(yè)相機(jī)獲得各位置 處圖像灰度值大小，得到第一線偏振片和第二線偏振片在不同夾角情況下圖像灰度值的大 小分布;再根據(jù)馬呂斯定律I = l〇c〇s20將第一線偏振片和第二線偏振片的角度Θ轉(zhuǎn)換為輻射 亮度值I，進(jìn)而建立輻射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān)系，其中，1〇為第四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì) 第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角為0°時(shí)的輻射亮度值;工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)不同曝光時(shí)間下的輻射亮度值 和圖像灰度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 構(gòu)建Mueller矩陣成像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展裝置，光源所發(fā)出的入射光，經(jīng)第一線偏振片和 1/4波片一偏振態(tài)調(diào)制后，入射到待測(cè)物體，散射光經(jīng)過1/4波片二和第二線偏振片后，最終 由成像鏡頭收集并由工業(yè)相機(jī)探測(cè)；電腦經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制器控制第一電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電控旋 轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將光源所發(fā)出的光分別調(diào)制為水平偏振光H、豎直偏振光V、45度偏振光 P、右旋圓偏振光R入射到待測(cè)物體上;旋轉(zhuǎn)控制器控制第三電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)1 /4波片二、第 四電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)第二線偏振片旋轉(zhuǎn)，1/4波片二和第二線偏振片相互旋轉(zhuǎn)可分別提取散 射光中的水平偏振光H、豎直偏振光V、45度偏振光P、右旋圓偏振光R成分，由成像鏡頭接收 散射光，對(duì)待測(cè)樣本表面成像并由工業(yè)相機(jī)接收，獲得的圖像傳輸至電腦； Mueller矩陣動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展成像的過程具體如下： 電腦獲得的十六幅偏振圖像如下：入射光和散射光均為豎直偏振光時(shí)的圖像VV，入射 光為豎直偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像VR，入射光為豎直偏振光且散射光為水 平偏振光時(shí)的圖像VH，入射光為豎直偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像VP;入射光為 右旋圓偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像RP，入射光和散射光均為右旋圓偏振光時(shí)的 圖像RR，入射光為右旋圓偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像RH，入射光為右旋圓偏振 光且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖像RV;入射光為水平偏振光且散射光為豎直偏振光時(shí)的圖 像HV，入射光為水平偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖像HR，入射光和散射光均為水 平偏振光時(shí)的圖像HH，入射光為水平偏振光且散射光為45度偏振光時(shí)的圖像HP;入射光和 散射光均為45度偏振光時(shí)的圖像PP，入射光為45度偏振光且散射光為右旋圓偏振光時(shí)的圖 像PR，入射光為45度偏振光且散射光為水平偏振光時(shí)的圖像PH，入射光為45度偏振光且散 射光為豎直偏振光時(shí)的圖像PV;不同偏振態(tài)組合下透過率不同，為了保證圖像灰度值在0-255之間，根據(jù)圖像灰度分布情況設(shè)定不同的曝光時(shí)間：VV、RR、PP和HH的透過率較高，曝光 時(shí)間設(shè)置為小于其它偏振態(tài)組合的曝光時(shí)間； 為了將不同曝光時(shí)間下的圖像灰度值映射到同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，每一個(gè)圖像灰度值查詢對(duì) 應(yīng)曝光時(shí)間下的輻射亮度值和圖像灰度值之間的關(guān)系數(shù)據(jù)，均通過插值矯正到在實(shí)際成像 過程中設(shè)置的曝光時(shí)間t下的輻射亮度值與圖像灰度值關(guān)系，輻射亮度值插值公式為 況) +穴|，Ri為曝光時(shí)間乜時(shí)的輻射亮度值，R2為曝光時(shí)間t2時(shí)的輻射亮度值； h-h 將各個(gè)偏振組合情況下獲得的所有像素點(diǎn)圖像灰度值均矯正到曝光時(shí)間t下的輻射亮度 值，進(jìn)而計(jì)算出每一個(gè)像素點(diǎn)的Mueller矩陣如下：其中，HH表示水平偏振光入射，水平偏振光接收的能量大小； HV表不水平偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大?。? HR表示水平偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大?。? HP表示水平偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大小； VV表不垂直偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大?。? VH表不垂直偏振光入射，水平偏振光接收的能量大?。? VP表示垂直偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大??； VR表示垂直偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大??； PH表示45度線偏振光入射，水平偏振光接收的能量大??； PV表示45度線偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大?。? PR表示45度線偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大小； PP表示45度線偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大?。? RH表示右旋圓偏振光入射，水平偏振光接收的能量大小； RV表示右旋圓偏振光入射，垂直偏振光接收的能量大?。? RP表示右旋圓偏振光入射，45度線偏振光接收的能量大小； RR表示右旋圓偏振光入射，右旋圓偏振光接收的能量大?。? Μη 為 HH+HV+VH+VV 的值； Mi2為HH+HV-VH-VV的值； M2i 為 HH-HV+VH-VV 的值； M31 為 2(HP+VP)-Mn 的值； M4i 為 2(HR+VR)-Mn 的值。
【文檔編號(hào)】H04N5/355GK105872403SQ201610437866
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】陳慶光
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)