一种复杂恶劣气候监测装置及方法

本发明涉及光电探测领域，特别是涉及一种复杂恶劣气候监测装置及方法。

背景技术：

1、目前城市、公路交通监控、飞机、动车辅助驾驶、治安监控、环境监控、森林防火等视频系统大多采用可见光强度成像技术。复杂恶劣气候会使成像系统变得模糊，严重的情况下会造成图像一片空白。会导致交通事故频发，城市治安与环保监视失控。给人民生活带来极大影响。传统意义的探测工具主要是指光电探测，这种探测技术依赖于光波的强度大小。然而，考虑到散射系统的复杂性和多样性，光波的强度在散射介质中往往容易受到衰减，不适合传输较远的距离。自然光经过介质发生散射作用而产生偏振光，偏振光往往能够携带更多有效的目标物的信息。因此，研究具有透复杂恶劣气候功能的偏振视频仪器具有重要意义。

2、现有的光电仪器采用的大多是单一谱段，利用光强完成探测成像技术。存在探测距离近、识别伪装效果差、去雾能力弱等不足，由于大气、环境等因素的影响，特别是雾霾中气溶胶的吸收和散射，系统接收到的能量有限，无法实现高对比度、高分辨率的成像探测，仅能满足某一特定条件下的探测需求。基于偏振光视频技术的复杂恶劣气候的实时监测装置是在传统偏振光成像技术基础上，首先通过在加入穆勒矩阵计算模块和斯托克斯计算模块将线偏振信号调制为圆偏振信号，实现全偏振成像，后通过监测视频生成装置将单一偏振图像转化偏振视频输出，实现实时监测的功能。

3、综上，现有技术缺少能够应用于偏振光视频技术的复杂恶劣气候的实时监测装置与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复杂恶劣气候监测装置及方法，以提高全偏振视频的生成精度，从而提高监测效果和效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种复杂恶劣气候监测装置，包括：线偏振光生成模块、圆偏振光生成模块、监测视频生成模块和处理显示模块；

4、所述线偏振光生成模块分别与所述圆偏振光生成模块和所述监测视频生成模块连接；所述圆偏振光生成模块分别与所述监测视频生成模块和所述处理显示模块连接；所述监测视频生成模块与所述处理显示模块连接；

5、所述线偏振光生成模块用于发射可见光激光或者近红外激光，并生成所述可见光激光的第一线偏振光或者所述近红外激光的第二线偏振光；

6、所述圆偏振光生成模块用于根据所述第一线偏振光生成可见光激光的第一圆偏振光和第一圆偏振信号，或者根据所述近红外激光的第二线偏振光生成近红外激光的第二圆偏振光和第二圆偏振信号；

7、所述监测视频生成模块用于根据所述第一线偏振光、所述第一圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第一初步偏振视频，或者根据所述第二线偏振光、所述第二圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第二初步偏振视频；

8、所述处理显示模块用于根据所述第一初步偏振视频、所述第二初步偏振视频、所述第一圆偏振信号和所述第二圆偏振信号，确定可见-近红外波段的全偏振视频，从而监测气候。

9、可选地，所述线偏振光生成模块包括：光源单元、第一四分之一波片单元、第一保偏分光棱镜单元、第一线偏振片单元、第二四分之一波片单元、第一准直扩束镜单元、第一保偏光纤连接器单元、第二线偏振片单元和第二准直扩束镜单元。

10、所述光源单元用于发射可见光激光或者近红外激光；所述光源单元与所述第一四分之一波片单元连接；所述第一四分之一波片单元与所述第一保偏分光棱镜单元连接；所述第一保偏分光棱镜单元分别与所述第一线偏振片单元和所述第二线偏振片单元连接。

11、所述第一线偏振片单元与所述第二四分之一波片单元连接；所述第二四分之一波片单元与所述第一准直扩束镜单元连接；所述第一准直扩束镜单元与所述第一保偏光纤连接器单元连接；所述第一保偏光纤连接器单元与所述圆偏振光生成模块连接。

12、所述第二线偏振片单元与所述第二准直扩束镜单元连接；所述第二准直扩束镜单元与所述监测视频生成模块连接。

13、可选地，所述光源单元包括可见光光源和近红外光源。

14、可选地，所述圆偏振光生成模块包括第二保偏光纤连接器单元、第三四分之一波片单元、第二保偏分光棱镜单元、光纤扩束镜单元、低通滤波器单元、模数转换单元、斯托克斯向量计算单元、穆勒矩阵计算单元和偏振模色散差分延迟补偿单元。

15、所述第二保偏光纤连接器单元分别与所述第一保偏光纤连接器单元和所述第三四分之一波片单元连接；所述第三四分之一波片单元与所述第二保偏分光棱镜单元连接；所述第二保偏分光棱镜单元分别与所述光纤扩束镜单元和所述模数转换单元连接。

16、所述光纤扩束镜单元与所述低通滤波器单元连接；所述低通滤波器单元与所述处理显示模块连接；所述低通滤波器单元用于对所述第一线偏振光或者所述第二线偏振光进行滤波，得到第一圆偏振信号或者第二圆偏振信号。

17、所述模数转换单元与所述斯托克斯向量计算单元连接；所述模数转换单元用于对所述第一线偏振光或者所述第二线偏振光进行模数转换，得到第一线偏振光数字信号或者第二线偏振光数字信号；所述斯托克斯向量计算单元用于根据所述第一线偏振光数字信号或者所述第二线偏振光数字信号计算第一斯托克斯参量或者第二斯托克斯参量。

18、所述斯托克斯向量计算单元与所述穆勒矩阵计算单元连接。

19、所述穆勒矩阵计算单元用于根据所述第一斯托克斯参量或者所述第二斯托克斯参量，确定初始第一圆偏振光或者初始第二圆偏振光。

20、所述穆勒矩阵计算单元与所述偏振模色散差分延迟补偿单元连接；所述偏振模色散差分延迟补偿单元与所述监测视频生成模块连接；所述偏振模色散差分延迟补偿单元用于对所述初始第一圆偏振光或者所述初始第二圆偏振光进行补偿，得到所述第一圆偏振光或者所述第二圆偏振光。

21、可选地，所述监测视频生成模块包括依次连接的ccd探测器单元、参数提取器单元、rnn注意模块单元、池化网络模块单元和cnn网络计算模块单元。

22、所述ccd探测器单元还分别与所述第二准直扩束镜单元和所述振模色散差分延迟补偿单元。

23、所述ccd探测器单元用于根据所述第一线偏振光、所述第一圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第一全偏振图像，或者根据所述第二线偏振光、所述第二圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第二全偏振图像。

24、所述参数提取器单元用于根据所述第一全偏振图像提取第一目标物参数，或者根据所述第二全偏振图像提取第二目标物参数。

25、所述rnn注意模块单元用于根据所述第一目标物参数，确定多模态的线偏振图像，或者根据所述第二目标物参数，确定左旋/右旋圆偏振图像。

26、所述池化网络模块单元用于对多模态的所述线偏振图像或者所述左旋/右旋圆偏振图像进行最大池化处理，得到多模态的处理后的线偏振图像或者处理后的左旋/右旋圆偏振图像。

27、所述cnn网络计算模块单元用于根据多模态的所述处理后的线偏振图像，确定所述第一初步偏振视频，或者根据所述处理后的左旋/右旋圆偏振图像，确定所述第二初步偏振视频。

28、可选地，所述处理显示模块包括依次连接的输入模块单元、硬件处理器单元和显示单元。

29、所述输入模块单元与所述cnn网络计算模块单元连接；所述输入模块单元用于将所述第一初步偏振视频和所述第二初步偏振视频输入至所述硬件处理器单元。

30、所述硬件处理器单元与所述低通滤波器单元连接；所述硬件处理器单元用于根据所述第一初步偏振视频、所述第二初步偏振视频、所述第一圆偏振信号和所述第二圆偏振信号，确定可见-近红外波段的全偏振视频，从而监测气候。

31、所述显示单元用于显示所述可见-近红外波段的全偏振视频。

32、一种复杂恶劣气候监测方法，所述的复杂恶劣气候监测方法应用于上述的复杂恶劣气候监测装置，所述的复杂恶劣气候监测方法包括：

33、获取目标物在可见光激光的第一线偏振光和在近红外激光的第二线偏振光；

34、根据所述第一线偏振光生成可见光激光的第一圆偏振光和第一圆偏振信号；

35、根据所述第二线偏振光生成近红外激光的第二圆偏振光和第二圆偏振信号；

36、根据所述第一线偏振光、所述第一圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第一初步偏振视频；

37、根据所述第二线偏振光、所述第二圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第二初步偏振视频；

38、根据所述第一初步偏振视频、所述第二初步偏振视频、所述第一圆偏振信号和所述第二圆偏振信号，确定可见-近红外波段的全偏振视频，从而监测气候。

39、可选地，根据所述第一线偏振光生成可见光激光的第一圆偏振光和第一圆偏振信号，具体包括：

40、对所述第一线偏振光进行滤波，得到第一圆偏振信号；

41、对所述第一线偏振光进行模数转换，得到第一线偏振光数字信号；

42、根据所述第一线偏振光数字信号计算第一斯托克斯参量；

43、根据所述第一斯托克斯参量，确定初始第一圆偏振光；

44、对所述初始第一圆偏振光进行补偿，得到所述第一圆偏振光。

45、可选地，根据所述第二线偏振光生成近红外激光的第二圆偏振光和第二圆偏振信号，具体包括：

46、对第二线偏振光进行滤波，得到第二圆偏振信号；

47、对所述第二线偏振光进行模数转换，第二线偏振光数字信号；

48、根据所述第二线偏振光数字信号计算第二斯托克斯参量；

49、根据所述第二斯托克斯参量，确定初始第二圆偏振光；

50、对所述初始第二圆偏振光进行补偿，得到所述第二圆偏振光。

51、可选地，根据所述第一线偏振光、所述第一圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第一初步偏振视频，具体包括：

52、根据所述第一线偏振光、所述第一圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定第一全偏振图像；

53、根据所述第一全偏振图像提取第一目标物参数；

54、根据所述第一目标物参数，确定多模态的线偏振图像；

55、对多模态的所述线偏振图像进行最大池化处理，得到多模态的处理后的线偏振图像；

56、根据多模态的所述处理后的线偏振图像，确定所述第一初步偏振视频。

57、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

58、本发明提供了一种复杂恶劣气候监测装置及方法，包括：线偏振光生成模块、圆偏振光生成模块、监测视频生成模块和处理显示模块；线偏振光生成模块分别与圆偏振光生成模块和监测视频生成模块连接；圆偏振光生成模块分别与监测视频生成模块和处理显示模块连接；监测视频生成模块与处理显示模块连接；线偏振光生成模块发射可见光激光或者近红外激光，并生成可见光激光的线偏振光或者近红外激光的线偏振光；圆偏振光生成模块根据线偏振光生成圆偏振光和圆偏振信号；监测视频生成模块根据线偏振光、圆偏振光和目标物传输的杂散光，确定初步偏振视频；处理显示模块根据初步偏振视频和圆偏振信号，确定可见-近红外波段的全偏振视频，从而监测气候。本发明基于全偏振视频技术可以将强度视频转换为全偏振视频，提高了生成全偏振视频的精度，减少光信号在复杂环境中的传输的影响，提高了探测距离；通过全偏振视频可以实现对目标实时监测，获得其移动轨迹，进而提高目标的对比度，可以提高其11.73％的对比度。