分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定

白杨; 赵开春; 尤政

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分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定

更新时间：2021-08-25

- 分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定
- Calibration of polarization axis direction of sub focal plane polarization image sensor
- 光学精密工程 2021年页码：1-8
- 作者机构：
  
  1.清华大学精密仪器系，北京100084
  2.清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
- 作者简介：
  
  [ "白　杨（1995-），男，内蒙古包头人，2018年于湖南大学获得学士学位，现为清华大学精密仪器系智能微系统实验室硕士研究生，主要从事成像式偏振敏感器设计与测试方面的研究。E-mail： y-bai18@mails.tsinghua.edu.cn" ]
  [ "赵开春（1973-），男，辽宁大连人，博士，副研究员，清华大学精密仪器系教师，研究领域为仿生微纳光栅阵列器件的设计、制备与测试，仿生导航传感器系统的设计、构建与环境试验，微小卫星的姿态测量与控制技术。Email： kaichunz@mail.tsinghua.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  教育部联合基金资助项目(6141A02022606)
- DOI：
  中图分类号： TM930.12;TN06
- 收稿日期：2021-05-11，
  
  修回日期：2021-06-04，
- 稿件说明：
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白杨,赵开春,尤政.分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定[J].光学精密工程,

BAI Yang,ZHAO Kai-chun,YOU Zheng.Calibration of polarization axis direction of sub focal plane polarization image sensor[J].Optics and Precision Engineering,
白杨,赵开春,尤政.分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE..0001

BAI Yang,ZHAO Kai-chun,YOU Zheng.Calibration of polarization axis direction of sub focal plane polarization image sensor[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE..0001

摘要

分焦平面偏振图像传感器的偏振主轴方向对后续使用斯托克斯矢量进行偏振参数解算的结果准确性有重要影响，因此需要在使用该类型传感器前进行标定。针对这一需求，提出了一种基于测量分焦平面偏振图像传感器中各偏振主轴方向像素输出平均值所拟合曲线相位差的方法，并对该方法进行了仿真与实际测试。首先，控制照射到传感器表面的线偏振光按照设定步长旋转若干周期，传感器同时拍摄图片。然后，选定图片的感兴趣区域，并对该区域内同偏振主轴方向的像素值求平均，获得各偏振主轴方向像素平均值随旋转角度变化的序列。接着，使用傅里叶级数拟合法对各序列进行拟合，获得像素输出值随旋转角度变化的表达式。最后，选定一个偏振主轴方向为基准方向，其它偏振主轴方向为该方向表达式与基准方向表达式的相位差。实际测试结果表明：标定值与名义值相差不超过0.1°。该方法的标定精度高、可操作性好，能够较好的完成分焦平面偏振图像传感器偏振主轴方向的标定任务。

Abstract

The polarization axis direction of the sub focal plane polarization image sensor has an important influence on the accuracy of the polarization parameter calculation using Stokes vector， so it is necessary to calibrate the sensor before using it. In order to meet this requirement， a method based on measuring the phase difference of the curve fitted by the average output value of pixels in each polarization axis direction of the sub focal plane polarization image sensor is proposed， and the simulation and actual test are carried out. Firstly， the linearly polarized light irradiating the surface of the sensor is rotated for several cycles according to a setting step size， and the sensor takes pictures at the same time. Then， the region of interest of the image is selected， and the pixel values in the same polarization axis direction in the region are averaged to obtain the sequence of the average values of the pixels in each polarization axis direction changing with the rotation angle. Then， the Fourier series fitting method is used to fit each sequence， and the expression of the pixel output value changing with the rotation angle is obtained. Finally， one polarization axis is selected as the reference direction， and the other polarization axis is the phase difference between the expression of this direction and that of the reference direction. The actual test result shows that the difference between the calibration value and the nominal value is not more than 0.1 °. This method has high calibration accuracy and good operability， and can complete the task of calibrating the polarization axis direction of the sub focal plane polarization image sensor.

关键词

Keywords

references

赵开春，卢皓，尤政 . 天空光偏振模式自动探测装置［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 2 ）： 239 - 245 .

ZHAO K CH ， LU H ， YOU ZH . Automatic detection system for skylight polarized pattern ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2013 ， 21 （ 2 ）： 239 - 245 . （in Chinese）

范之国，陈曼丽，王波，等 . 基于大气偏振模式的三维姿态信息获取［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 6 ）： 1248 - 1256 .

FAN ZH G ， CHEN M L ， WANG B ， et al . Three-dimensional attitude information obtained by the skylight polarization pattern ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 6 ）： 1248 - 1256 . （in Chinese）

万振华，赵开春，褚金奎 . 基于偏振成像的方位测量误差建模与分析［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1688 - 1696 .

WAN ZH H ， ZHAO K CH ， CHU J K . Modeling and analysis of orientation measurement error based on polarization imaging ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 8 ）： 1688 - 1696 . （in Chinese）

褚金奎，林木音，王寅龙，等 . 偏振光传感器的无人船导航与编队应用［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1661 - 1669 .

CHU J K ， LIN M Y ， WANG Y L ， et al . Application of polarization sensor to unmanned surface vehicle navigation and formation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1661 - 1669 . （in Chinese）

ZHAO D H ， TANG J ， WU X D ， et al . A multiscale transform denoising method of the bionic polarized light compass for improving the unmanned aerial vehicle navigation accuracy ［J］. Chinese Journal of Aeronautics ， 2021

宫剑，吕俊伟，刘亮，等 . 红外偏振舰船目标自适应尺度局部对比度检测［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 223 - 233 .

GONG J ， LÜ J W ， LIU L ， et al . Adaptive scale local contrast detection for infrared polarization ship targets ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 223 - 233 . （in Chinese）

FENG H ， LI H ， LONG X Y ， et al . Re-detection and a possible time variation of soft X-ray polarization from the Crab ［J］. Nature Astronomy ， 2020 ， 4 （ 5 ）： 511 - 516 .

徐文畅 . 基于像素刻划线偏振相机校正方法的研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2018 .

XU W CH . The Calibration Method of Pixelated Polarization Camera ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics ， Fine Mechanics and Physics ， Chinese Academy of Sciences， 2018 . （in Chinese）

王琪 . 分孔径实时偏振红外成像仪光学系统设计研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2017 .

WANG Q . Study on Decentered Aperture-Divided Optical System for Infrared Polarization Imager ［D］. Changchun ： Changchun Institute of Optics ， Fine Mechanics and Physics ， Chinese Academy of Sciences， 2017 . （in Chinese）

张涛，徐文畅，王德江，等 . 基于像素级偏振相机的超像素校正［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 12 ）： 3179 - 3186 .

ZHANG T ， XU W CH ， WANG D J ， et al . Super-pixel calibration method of pixelated polarization camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 12 ）： 3179 - 3186 . （in Chinese）

GRUEV V ， PERKINS R ， YORK T . CCD polarization imaging sensor with aluminum nanowire optical filters ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 18 ）： 19087 - 19094 .

ZHAO X J ， BOUSSAID F ， BERMAK A ， et al . Thin photo-patterned micropolarizer array for CMOS image sensors ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2009 ， 21 （ 12 ）： 805 - 807 .

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