一种地物目标光谱-成像椭偏装置及其检测方法

本技术涉及地物目标测量，特别是涉及一种基于随机af算法的地物目标光谱-成像椭偏装置及其检测方法。

背景技术：

1、近几年，传统手段在低照度条件下难以识别地物目标是目标探测领域面临的重要问题之一，利用偏振探测手段精确识别地物目标是解决此问题的一种新思路。在光学测试领域，光谱椭偏仪是表面物理参数的重要测量仪器，可以测量表面反射率、粗糙度等重要信息，可以应用于地物目标材质的检测。现有的基于宽光谱椭偏测量与仿真模拟相结合的偏振检测方法中，通常使用宽光谱椭偏仪测量样品得到相应的偏振相位delta（）、方位角psi（）和样品实验测量的穆勒矩阵后，建模被测样品的偏振散射过程，之后得到椭偏参数delta（）、psi（）和相应的斯托克斯矢量，经系统计算得到仿真实验的穆勒矩阵，仿真模拟过程中调节需要测量的物理和几何参数，得到穆勒矩阵，并与椭偏测量所得穆勒矩阵比较，使均方误差值最小，从而获得要测量样品的结构和物理参数。在仪器设计和使用方面，先测量后仿真的顺序虽然较合理，但系统本体缺少光路调节部分，整体结构较简单，导致测量精度和光束稳定性难以保证，且测得的表面物理参数值具有偶然性，缺少验证数据，应用到目标偏振特性的相关研究中会导致拟合的参数值不准确。

2、偏振信息相较传统光学信息可以提供更多的特征参数，使得目标的识别和跟踪工作更加准确可靠，利用偏振成像系统可以获取目标的部分偏振信息。当前主流的偏振成像系统包括传统分时型和微偏振阵列型，其中，传统分时型的偏振成像系统的测试方法是在探测器前放置偏振片，按照时间顺序先后拍摄0°~135°的图像；微偏振阵列型的偏振成像系统的测试原理是在成像系统内部，采用微偏振阵列的形式同时采集0°~135°的图像。二者相比，传统分时型的偏振成像系统存在时间和手动拧偏振片带来的时间和机械误差，从而使得目标表面参数测量的准确性较低。而微偏振阵列型的偏振成像系统会导致图像分辨率较低的问题，也会使得目标表面参数测量的结果不准确、不可靠。

3、分布式协同探测是同时利用分布在不同位置探测设备同时获取图像信息的技术，用于感知和采集图像信息，每个点通常包括偏振传感器、处理器、通信模块和电源。分布式偏振协同探测可以通过以下步骤实现：首先，在各个固定点通过偏振探测器探测目标获取信息，由于偏振信息具有一定的方向性和唯一性，不同点之间可以通过协同工作来实现对目标的全方位探测；然后进行数据融合，得到目标的完整信息；最后分析融合后的偏振信息，讨论目标的偏振特性，可以实现对目标的识别和跟踪，拟合出所需要的物理参数。

4、基于此，如何对传统偏振成像系统在结构和检测方法上进行改进，并结合分布式协同探测方式，以提高目标表面参数测量的准确性，成为了本领域一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种地物目标光谱-成像椭偏装置及其检测方法，可以有效提高目标表面参数测量的准确性。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种地物目标光谱-成像椭偏装置，所述地物目标光谱-成像椭偏装置包括：

4、样品台，用于放置待测样品。

5、发射组件，包括发射端，所述发射端朝向所述样品台，所述发射组件用于向所述样品台中的所述待测样品发射可见光。

6、接收组件，包括接收端，所述接收端朝向所述样品台，所述接收组件用于接收所述样品台中的所述待测样品反射出的可见光信号。

7、相机组件，包括若干可见光相机，若干所述可见光相机均位于所述样品台的正上方，且若干所述可见光相机的镜头均朝向所述样品台，每一所述镜头的前方均设置有一偏振片，所述相机组件用于采集所述样品台中所述待测样品的偏振图像。

8、计算机，分别与所述接收组件以及所述相机组件连接，所述计算机用于根据所述可见光信号确定所述待测样品的第一目标参数值；以及，根据所述偏振图像确定所述待测样品的第二目标参数值；以及，根据所述第一目标参数值和所述第二目标参数值进行相互验证，确定最终目标参数值，作为所述待测样品的测量结果值。

9、可选地，所述发射组件包括发射壳体，所述发射壳体包括非发射端和所述发射端。

10、所述发射壳体内部沿着所述非发射端到所述发射端的方向依次设置有可调谐激光器、限制孔径片、第一衰减片、起偏器和第一准直镜。

11、所述可调谐激光器与所述计算机连接，用于发射不同波长的所述可见光。所述限制孔径片用于缩小所述可见光的光束的直径；所述第一衰减片用于削弱所述可见光的进光量；所述起偏器用于调节所述可见光的偏振态；所述第一准直镜用于对所述可见光进行聚焦。

12、可选地，所述接收组件包括接收壳体，所述接收壳体包括非接收端和所述接收端。

13、所述接收壳体内部沿着所述接收端到所述非接收端的方向依次设置有第二准直镜、会聚透镜、第二衰减片和可见光探测器。

14、所述第二准直镜用于对所述可见光进行聚焦；所述会聚透镜用于对所述可见光进行会聚；所述第二衰减片用于削弱所述可见光的进光量；所述可见光探测器用于探测所述可见光信号。

15、可选地，所述地物目标光谱-成像椭偏装置还包括光电信号转换器，所述光电信号转换器的输入端与所述可见光探测器连接，所述光电信号转换器的输出端与所述计算机连接，所述光电信号转换器用于接收所述可见光探测器发送的可见光信号，将所述可见光信号转换为电信号，并将所述电信号发送给所述计算机。

16、可选地，所述发射壳体上设置有第一驱动电机，所述接收壳体上设置有第二驱动电机，所述第一驱动电机分别与所述可调谐激光器和所述计算机连接，所述第二驱动电机分别与所述可见光探测器和所述计算机连接。

17、所述第一驱动电机用于根据所述计算机的指令调节所述发射组件的角度，所述第二驱动电机用于根据所述计算机的指令调节所述接收组件的角度。

18、可选地，所述相机组件包括第一可见光相机、第二可见光相机和第三可见光相机，所述第一可见光相机、所述第二可见光相机和所述第三可见光相机均与所述计算机连接。

19、所述第一可见光相机的所述镜头的前方设置有0°偏振片，用于采集所述样品台中所述待测样品的0°偏振图像。

20、所述第二可见光相机的所述镜头的前方设置有60°偏振片，用于采集所述样品台中所述待测样品的60°偏振图像。

21、所述第三可见光相机的所述镜头的前方设置有120°偏振片，用于采集所述样品台中所述待测样品的120°偏振图像。

22、可选地，所述第一目标参数值、所述第二目标参数值和所述最终目标参数值均为粗糙度值、微面元法线夹角值或漫反射率值。

23、第二方面，本发明提供了一种基于第一方面所述的地物目标光谱-成像椭偏装置的检测方法，所述地物目标光谱-成像椭偏装置的检测方法包括：

24、采集待测样品的可见光信号和偏振图像。

25、根据所述可见光信号确定所述待测样品的第一目标参数值，同时根据所述偏振图像确定所述待测样品的第二目标参数值。

26、根据所述第一目标参数值和所述第二目标参数值进行相互验证，确定最终目标参数值，作为所述待测样品的测量结果值。

27、可选地，根据所述可见光信号确定所述待测样品的第一目标参数值，具体包括：

28、根据所述可见光信号，采用椭偏测量法，计算得到所述待测样品的第一目标参数值。

29、可选地，根据所述偏振图像确定所述待测样品的第二目标参数值，具体包括：

30、根据所述偏振图像，采用小波算法得到dolp图像和dolp值。

31、根据所述dolp图像和所述dolp值，采用随机af算法，计算得到所述待测样品的第二目标参数值。

32、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

33、本技术提供了一种地物目标光谱-成像椭偏装置及其检测方法，一方面通过发射组件、样品台和接收组件的搭配使用，形成了发射-接收形式的椭偏仪系统，利用发射组件向样品台中的待测样品发射可见光，结合接收组件接收样品台中的待测样品反射出的可见光信号，从而测量得到待测样品的第一目标参数值。另一方面，本技术还采用由若干可见光相机形成的相机组件，实现了多个可见光相机的分布式协同探测，这种分布式协同探测的相机组件可以采集样品台中待测样品的不同角度的偏振图像，经过计算机处理可得到待测样品的第二目标参数值，然后通过第一目标参数值和第二目标参数值之间的相互验证，确定出最终的目标参数值，并将其作为待测样品的测量结果值。利用基于分布式协同探测的相机组件得到的第二目标参数值来验证发射-接收组件测量得到的第一目标参数值，从而能够保证测量结果的准确、可靠，有效提升了目标表面参数测量的准确性，解决了传统分时型的偏振成像系统和微偏振阵列型的偏振成像系统的目标表面参数测量不准确、不可靠的问题。