CN111818251B

CN111818251B - 旋转偏振距离选通摄像装置

Info

Publication number: CN111818251B
Application number: CN202010804022.9A
Authority: CN
Inventors: 张凯临; 宋小全; 刘金涛
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2040-08-12
Also published as: CN111818251A

Abstract

一种旋转偏振距离选通摄像装置，可以对一定距离的目标进行距离选通摄像，以增强摄像效果。其特征是光源前部安装有用于控制发射光源线偏振角度的光学零件，和在拍摄接收装置前配备有只允许线偏振光通过的光学零件，且其光学偏振的偏转角度可以按需随时间控制偏转角度；光源发射的线偏振角度与接收装置的线偏振角度特性接近或等于90度，且同方向旋转或改变；且旋转90度的时间约等于光飞行到目标并返回的时间。本发明可通过控制线偏振光学元件的偏转速度，实现对特定目标区域的散射光信号强度最大化，进而实现对不同距离的目标进行距离选通摄像，抑制近距离散射光强度，以增强摄像效果，且拍摄是连续进行，光学效率较高。

Description

旋转偏振距离选通摄像装置

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，特别涉及一种旋转偏振距离选通摄像装置，可以对一定距离的目标进行距离选通摄像，抑制近距离散射光强度，以增强摄像效果。

背景技术

在光电技术领域，为了对感兴趣距离的目标进行摄像，通常使用时间选通的开关方式，控制发射光源和接收装置的快门时间，或者按一定时间间隔控制接收器件的增益倍数。由于距离选通的时间和光飞行时间相关，因此传统距离选通的方案，需要纳秒量级甚至亚纳秒量级的精密电路实现，控制各部件严格时间对准，才能完成距离选通的功能，实现成本较高，低成本难以实现，且使用时间门控的方式，无法利用连续的拍摄方式，只能使用脉冲光源和短时间的拍摄方式。

经检索现有公开的技术，专利CN106444094B，公布了一种以普克耳盒的的纳秒级光开关，经过适当配置，也可在一定程度上实现距离选通的功能，但其缺点是一套装置只能使用某种特定的光波长，否则偏振棱镜的功能将不起作用，无法通过光开关来实现距离选通，并且该方案不利于摄像的光信号传播，光路无法实现摄像的功能。另外检索了CN201911230693.2、CN201910801487.6、CN201910445116.9、CN201910296642.3等公开的发明专利，均无法实现本文公开的方案的功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，降低实现距离选通摄像装置的成本，且在不限单一波长的条件下使用，本发明提供一种旋转偏振距离选通摄像装置，可以对一定距离的目标进行距离选通摄像，抑制近距离的散射光，以增强摄像效果。

本发明提供了一种旋转偏振距离选通摄像装置，包括照明光源发射装置，视频拍摄接收装置，其特征在于，还包括以下零件：在光源前部安装有用于控制发射光源线偏振角度的光学零件，和在夜视仪接收装置前配备有只允许偏振光通过的光学零件，且上述两种光学零件，其光学偏振的偏转角度可以按需随时间控制偏转角度。

用于控制发射光源线偏振角度的光学零件和只允许偏振光通过的光学零件，其特征在于，偏转角度是由机械带动旋转光学零件控制的。

用于控制发射光源线偏振角度的光学零件和只允许偏振光通过的光学零件，其特征在于，偏转是由电磁控制或电场控制的偏振偏转晶体来控制偏振偏转角度。

上述两种光学零件的光学偏振的偏转角度，其特征在于光源发射的线偏振角度与接收装置的线偏振角度特性接近或等于90度，且同方向旋转或改变。

上述的光学偏振的偏转角度可以按需随时间控制偏转角度，其特征在于偏转角度的旋转90度所花费的时间，接近或等于所述的夜视仪距离选通距离的光飞行时间的2倍，也就是偏振光从发射到被照射物体再到被接收装置接收，接近或等于偏转装置旋转90度所花费的时间。

用于控制偏振光偏振角度的光学零件，对于已经是线偏振的激光光源，可使用半波片控制偏振角度的旋转。

电磁控制或电场控制的偏振偏转晶体，其特征是此晶体可通过外部施加的电场或者磁场来控制光束偏振角度，从而实现通过外部信号控制光束的偏振偏转角度。

两种控制光学线偏振角度旋转光学零件，可使用一个光学零件替代，特别适用于自发自收的光路系统。

两种控制光学线偏振角度旋转光学零件，可采用线偏振角度控制于0度90度两个位置附近交替切换的方式，也可以采用连续旋转的方式。

本发明的有益效果是，可通过控制偏振元件控制线偏振的偏转速度，实现对特定目标区域的散射光信号强度最大化，进而实现对不同距离的目标进行距离选通摄像，抑制近距离散射光强度，以增强摄像效果；另一个有益的效果是，拍摄是连续进行，比脉冲或门控方式的方案，光学效率高。

附图说明

为了进一步说明本发明内容的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明详细说明，其中：

图1是本发明的总体原理示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是本发明的总体原理示意图。

图1中，1是照明光源发射装置，2是用于控制发射光源线偏振角度的光学零件，3是编号2的旋转方向，4是指示的编号2的光学偏振方向，5及其它箭头是介绍随距离相关的偏振角度的变化规律，6是发射光束，7是目标区域，8是目标的散射光，9是只允许偏振光通过的光学零件，10是编号9的偏振特性的方向，11是拍摄接收装置。

下面举例说明本发明的实施方式。

在普通摄像系统中，有照明光源发射装置1和拍摄接收装置11，另外，又增加了用于控制发射光源线偏振角度的光学零件2和允许线偏振光通过的光学零件9，这两种零件分别安装于1和11前面，照明光源发射装置1所发出的光线，经过2照射到目标区域7，回向的散射光线经过9，被拍摄接收装置11所接收，2和9的偏振特性方向是90度的。按照物理常识，目标的散射光8包含有光学线偏振方向4所指示的光，另外包括一部分因目标区域7的散射退偏比引起的少量为10的线偏振特性的方向的光线，而10与4所示的线偏振方向是相互垂直的，所以，按照这种方式，拍摄的光学效率很低，那就需要引入另一个特性：用于控制发射光源线偏振角度的光学零件2和允许线偏振光通过的光学零件9的旋转。

这两种光学零件旋转，是指偏振特性的方向的旋转，这种旋转可以有机械带动光学元件的旋转，也可以由电磁控制或电场控制的偏振偏转晶体来控制线偏振偏转角度。2和9的线偏振偏转方向同向同速旋转。旋转的速度，可根据光速，光线从2到目标区域7再回到9的时间，即为2和9旋转90度的时间，按此配置，通过2的光线在飞行到7并以散射光形式飞行到9时，光的线偏振特性正好和9一致，有最高的光学效率；在距离7更近一些或者远一些的位置，其散射光8回到9时的偏振方向，与9的特性不一致，不同距离信号强度的函数，呈与A角角度正弦值的分布规律，也可等同于目标区域7与光学零件9之间的散射光强度和距离之间的关系函数，也就是说，靠近7附近的信号接收强度，是sin(90)，靠近9附近的信号强度，是sin(0)，以上假设A是光飞行时的光学零件2和9的旋转角度，在不考虑目标区域7的退偏振比的情况下的结果。

另一种实施方案，可采用非连续旋转的线偏振光方式，即用于控制发射光源偏振角度的光学零件2和允许线偏振光通过的光学零件9的旋转是按0～90～0～90方式切换，2和9之间的偏转特性4和10保持互为90度，切换的时间间隔，和光线从2到目标区域7再回到9的飞行时间长度是一致的。这种实施方案的好处是控制方案更简单，更容易实现，但比较第一种实施方案，对于近距离的散射光压制效果不如第一种好，但也可以在一定程度上实现距离选通，也属于本发明的应用范畴。

以上所述仅为本发明的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，以上说明并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种旋转偏振距离选通摄像装置，包括照明光源发射装置，拍摄接收装置，其特征在于，还包括以下零部件：在光源前部安装有用于控制发射光源线偏振角度的光学零件，和在拍摄接收装置前配备有只允许线偏振光通过的光学零件，且上述两种光学零件，其光学线偏振的偏转角度可以按需随时间控制偏转角度的改变；上述两种光学零件的光学线偏振的偏转角度是由光学零件外部施加的磁场或电场来控制偏振偏转角度；上述用于控制发射光源线偏振角度的光学零件的光学线偏振的偏转角度，与上述拍摄接收装置前的只允许线偏振光通过的光学零件的光学线偏振的偏转角度，接近或等于90度，且同方向旋转或改变；上述两种光学零件的光学线偏振的偏转角度，可以按需随时间控制，其中上述两种光学零件的光学线偏振的偏转角度旋转90度所花费的时间，接近或等于光线从用于控制发射光源线偏振角度的光学零件发出，飞行到被照射物体，再到拍摄接收装置接收，这期间所花费的时间。

2.根据权利要求1所述的旋转偏振距离选通摄像装置，其中上述的两种光学零件，可合并使用一个光学零件替代，适用于自发自收的光路系统。

3.根据权利要求1所述的旋转偏振距离选通摄像装置，其中上述的两种光学零件，其光学线偏振的偏转角度可采用光学线偏振角度的改变可采用0度与90度两个位置附近交替切换的方式，也可以采用连续旋转的方式。