全自动大气偏振模式图像获取系统及系统控制方式

摘要

全自动大气偏振模式图像获取系统及系统控制方式，其特征是系统构成包括偏振成像模块、机械运动模块、亮度采集模块以及系统控制与处理中心；系统控制与处理中心通过控制器分别控制机械运动模块中基座的旋转角度和蜗杆的举升高度，并对由光强检测器获取的光强信息、由偏振成像模块在CCD相机中获取的天空区域的偏振图像进行记录和信息处理。本发明简单易行、测量结果准确易校准，测量过程无需机械旋转偏振片。

主权项

一种全自动大气偏振模式图像获取系统的控制方式，所述全自动大气偏振模式图像获取系统的系统构成包括：偏振成像模块、机械运动模块、亮度采集模块以及系统控制与处理中心；所述偏振成像模块为筒状体，在所述偏振成像模块的筒体内，沿射入光轴线同轴依次设置干涉滤光片(207)、可调节相位延迟器(206)、偏振片(205)、短焦镜头(204)及彩色数字CCD相机(203)；对所述可调节相位延迟器(206)的波片施加对应于不同延迟量的交流电压，获取不同的延迟量；所述机械运动模块具有可在水平面上360度旋转的基座(201)，呈筒状体的偏振成像模块设置在基座上，所述偏振成像模块是以其筒体底部在基座(201)上以销轴铰接；在所述基座(201)上设置可升降的蜗杆(202)，以所述蜗杆(202)对偏振成像模块的筒体形成三角支撑；所述亮度采集模块由光强检测器构成，所述光强检测器固定设置在基座(201)上，由所述光强检测器获取的光强信息在系统控制与处理中心中得到记录；所述系统控制与处理中心通过控制器分别控制所述机械运动模块中基座(201)的旋转角度和蜗杆(202)的举升高度；并对由所述光强检测器获取的光强信息，由所述偏振成像模块在CCD相机(203)中获取的天空区域的偏振图像在所述系统控制与处理中心中进行记录和信息处理；其特征是：所述全自动大气偏振模式图像获取系统的控制方式是按如下过程进行：a、系统上电启动；b、由控制器控制机械运动模块中基座(201)的旋转和蜗杆(202)的举升，使偏振成像模块调整到测量区域方位并测量；所述测量区域方位为偏振成像模块在其轴线呈水平的位置上，以及其轴线与水平呈45度夹角的位置上，分别以正北为0度，从0度开始旋转，每转过60度所达到的朝向，包括天顶方位，共13个测量区域方位，在每一次测量中，同时记录由亮度采集模块获取的亮度信息；c、控制可调节相位延迟器的端电压值，使可调节相位延迟器的延迟分量为0π，由偏振成像模块对应得到一组包含天空大气偏振信息的偏振强度图像I(0)；d、控制可调节相位延迟器的端电压值，使可调节相位延迟器的延迟分量为π/4，由偏振成像模块对应得到另一组包含天空大气偏振信息的偏振强度图像I(π/4)；e、控制可调节相位延迟器的端电压值，使可调节相位延迟器的延迟分量为π/2，由偏振成像模块对应得到又一组包含天空大气偏振信息的偏振强度图像I(π/2)；f、入射光的偏振状态由四个斯托克斯参数I、Q、U、V来完全描述，其中I为总光强度，Q为0度方向直线偏振光分量，U为45度方向直线偏振光分量，V为右旋圆偏振光分量，右旋圆偏振光分量在测量中忽略；入射光的I、Q、U与检测得到包含天空大气偏振信息的偏振强度图像关系如下： I = 2 I ( π / 2 ) - 2 2 [ I ( π / 4 ) - I ( π / 2 ) ] Q = 2 [ I ( 0 ) - I ( π / 2 ) ] + 2 2 [ I ( π / 4 ) - I ( π / 2 ) ] U = - 2 [ I ( 0 ) - I ( π / 2 ) ] + 2 2 [ I ( π / 4 ) - I ( π / 2 ) ] - - - ( 1 ) 令偏振度为P、偏振椭圆方位角为θ，则有：P＝(Q2+U2)1/2/I                   (2)偏振椭圆方位角： θ = 1 2 arctan ( U / Q ) - - - ( 3 ) 完成对一个天空区域偏振模式的获取；g、重复步骤b至f直至检测出所有13块待测天空区域；h、对得到13块天空区域的偏振度、偏振椭圆方位角图片，按照13块天空区域所在实际方位进行拼接，得到完整的大气偏振模式信息。