偏振图像的采集与研究

【摘要】：从本世纪60年代起,特别是在激光、光导纤维问世以后,偏振光学这门古老的学科又焕发了青春,并以空前的规模和速度发展。如今偏振光学技术除已应用于光测弹性方法中测定机械结构的应力分布、测定晶轴方位、测定糖溶液的浓度外。还有更广阔的前途:电光、磁光、液晶、光通讯、光传感、光开关、光调制、光存储、外差探测、薄膜参数测量、物质结构探测、生物细胞荧光测量、图像识别、乃至最新的生物芯片探测,而偏振图像的采集在军用,医学,农业,天文等方面的应用也十分广泛,但是在国内偏振图像采集的研究还处于初级阶段。 本文提出偏振图像采集系统的制作方案,并就偏振图像应用中的目标识别进行初步的分析。通过文献调研,我们采用透明压电陶瓷材料PLZT(掺镧的锆钛酸铅)作为偏振态测量中的相位延迟材料。同时,对PLZT材料的电光特性进行检测和验证,分析材料的电光特性,然后针对这种材料设计了一种算法,利用米勒矩阵变换以及四个出射光强值,计算得到表征入射光的偏振态的四个斯托克斯参数。在硬件实现中,我们采用CCD作为视频信号源,采用Philips的SAA7111芯片来处理由CCD输出的全视频信号,输出RGB格式的数字信号以及同步信号,采用可编程逻辑门阵列FPGA实现对SAA7111和THS8134芯片的控制,同时提出如何利用FPGA实现算法得到表征偏振态的参数的途径,然后由THS8134数模转换芯片将处理过后的数字信号转换成符合VGA接口标准的模拟信号,输出给VGA接口,由CRT输出偏振图像,最后对采集的偏振图像进行分析(以军事应用为主),说明偏振图像能够很好的区分非金属材料(如泡沫,塑料,橡胶等常被用于制作伪装目标的材料)和金属材料(如铁,铝等常用于实际军事目标制作的材料),同时能够很好的判别出金属目标的形状(如在对一个带螺纹的铁环分析中,当光线不亮时,普通照片很难看出螺纹出来,而偏振图像则可以清楚的看到)