【技术实现步骤摘要】
本申请涉及机器视觉，尤其涉及一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机与使用方法。
技术介绍
1、偏振是光的重要物理属性之一，物体在发射、反射、散射光线时也会携带或改变光线的偏振状态，具体的偏振状态信息则与物体的表面形状、表面粗糙度、纹理走向和材料理化特性息息相关，从而使偏振成像在高反光、无纹理物体的三维测量等方面具有独特优势。
2、光线的偏振态常用斯托克斯矢量描述。斯托克斯矢量包含四个参量，包括光线光强、偏振度、偏振角以及圆偏振分量。能够测量全部四个参量的成像系统称为全斯托克斯矢量偏振成像系统。
3、实现全斯托克斯偏振成像的方案主要借助分时、分振幅、多孔径、分孔径、使用偏振传感器等方法。分时系统使用旋转、更换偏振片的方式多次拍摄以实现四个参量的测量，时间分辨率较低而适用于拍摄静态或低速变化的物体；分振幅系统在成像前使用选择性偏振反射片，将不同方向的偏振光依次分离，用多台相机对目标进行捕捉；多孔径系统使用四台相机同时拍摄，系统体积较大且近距离拍摄视差明显；分孔径系统通过特制的成像系统，将不同子孔径的图像分别成像于传感器的不同区域，配合滤光片实现检测，所需成像系统较为复杂；焦平面偏振传感器具有时间分辨率高、体积小的特点，但偏振片微型化后消光比较低，部分传感器仅可检测线偏振分量，无法高质量获取全斯托克斯参量。
4、基于微透镜阵列的光场相机可以输出不同子孔径的图像，体积小、可以与一般的光学系统组合，在光阑处安装不同性质的滤光片，可采集到支持全斯托克斯矢量计算的偏振图像。但是光场相机的像素利用率低，且仅支
5、基于2×2片上微透镜的quadbayercoding 2×2on-chiplens技术(qbc 2×2ocl方案)近年来广泛应用于移动手机摄影模组传感器中，用以实现快速稳健的对焦功能。其结构与光场相机相似，但每个微透镜仅对应2×2个子像素，可以采集4个子孔径的图像。同时由于2×2子像素结构可看作围绕中心的扇形划分，故即使与不同光圈值的物镜组合，四个像素都可以正常感光，避免了光场相机因为物镜与微透镜f值不同导致的像素浪费问题。因此使用quadbayercoding 2×2on-chiplens技术(qbc 2×2ocl方案)配合不同偏振特性的滤光片组成的光阑，可以支持全斯托克斯矢量的采集，并具有系统体积小、像素利用充分、成本低，兼容性好的优点，有利于以较低成本在狭小空间部署偏振视觉系统。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本申请的目的在于提供一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机与使用方法，实现体积小、重量轻、兼容性好的特点。
2、为实现上述专利技术目的，本申请提供一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，包括：
3、偏振光阑，所述偏振光栅设置于物镜前组和物镜后组之间；
4、微透镜阵列，所述微透镜阵列设置于物镜前组与物镜后组的实像面处；
5、图像传感器，所述图像传感器设置于微透镜阵列远离物镜后组的一侧、且靠近微透镜阵列的焦点处；
6、所述微透镜阵列具有多个微透镜，每个所述微透镜对应图像传感器上2×2像素的区域，所述图像传感器能够采集到每个微透镜像点的四重偏振信息。
7、进一步的，所述偏振光阑包括不同过滤特性的四个偏振滤镜，四个所述偏振滤镜均匀的安装于偏振光阑镜框内。
8、进一步的，四个所述偏振滤镜均为扇形结构；
9、所述偏振光阑镜框包括环形镜框主体，所述环形镜框主体内设置有十字分隔架，十字分隔架将环形框主体分隔成四个扇形槽；
10、四个所述偏振滤镜安装于对应的四个扇形槽内。
11、进一步的，所述偏振滤镜镜框安装于滤镜切换器上，所述滤镜切换器具有多个滤镜，多个所述滤镜和偏振滤镜镜框沿着滤镜切换器的中心呈环形设置。
12、进一步的，所述滤镜切换器、微透镜阵列和图像传感器均设置于相机主体内。
13、进一步的，所述微透镜阵列的焦距为4μm。
14、进一步的，相邻的所述微透镜之间缝隙通过吸光材料填充，微透镜的f值为1。
15、本申请提供一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机的使用方法，包括以下步骤：
16、s1、将偏振光阑置于物镜前组和物镜后组之间，并调整角度使十字分隔架与图像传感器长宽边走向一致；
17、s2、调整相机主体上的快门速度、图像传感器增益参数，使画面曝光正常；
18、s3、移动相机主体进行对焦、获得清晰的子孔径预览熔池图像；
19、s4、拍摄熔池图像或开始录制视频；
20、s5、采集完成时、可将微透镜下的四个像素分别提取、按微透镜顺序重新排列形成四幅图像，即为四组子孔径图像；
21、s6、对四组图像或视频的每一帧进行运算，即可获得各像点的对应的斯托克斯矢量，完成一次拍摄过程。
22、本申请与现有技术相比，具有以下有益效果：
23、1、本申请系统体积与质量与传统机器视觉系统相当，方便部署于较小空间，如增材制造或焊接装备的熔池上方。
24、2、本申请兼容现有机器视觉系统的成像镜头，与分孔径、分振幅等系统相比大大降低了获取成像镜头的成本并提供了更多选择。
25、3、本申请无需在镜头后增加新的光学系统，对物镜光学后截距要求低，支持设计短后截距系统，有利于设计高成像质量的物镜。
26、4、本申请兼容较多种类和档次的偏振滤光元件，与部分现有分焦平面偏振传感器相比，在使用高质量滤光片时能获得更高信噪比的偏振图像，且在偏振元件配置上更加灵活，以适应不同的图像采集需求。
27、5、本申请不仅支持获取黑白图像，还支持获取彩色的图像，相比于单纯的黑白偏振传感器能够提供更多物体信息。
28、6、与基于光场相机的偏振成像系统相比，本申请有着像素利用率高的优势，能够提供高空间分辨率的图像。
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1.一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述偏振光阑(10)包括不同过滤特性的四个偏振滤镜(11)，四个所述偏振滤镜(11)均匀的安装于偏振光阑镜框(12)内。
3.根据权利要求2所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，四个所述偏振滤镜(11)均为扇形结构；
4.根据权利要求2所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述偏振光阑镜框(12)安装于滤镜切换器(60)上，所述滤镜切换器(60)具有多个滤镜(61)，多个所述滤镜(61)和偏振光阑镜框(12)沿着滤镜切换器(60)的中心呈环形设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述滤镜切换器(60)、微透镜阵列(40)和图像传感器(50)均设置于相机主体内。
6.根据权利要求1所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述微透镜阵列(40)的焦距为4μm。
7.根据权利要求1
8.一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机的使用方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述偏振光阑(10)包括不同过滤特性的四个偏振滤镜(11)，四个所述偏振滤镜(11)均匀的安装于偏振光阑镜框(12)内。
3.根据权利要求2所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，四个所述偏振滤镜(11)均为扇形结构；
4.根据权利要求2所述的一种基于分孔径偏振成像的全斯托克斯相机，其特征在于，所述偏振光阑镜框(12)安装于滤镜切换器(60)上，所述滤镜切换器(60)具有多个滤镜(61)，多个所述滤镜(61)和偏振...
【专利技术属性】
技术研发人员：周传昆，曹莹泽，刘明，赵少凡，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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