物证搜寻中无人机载双波段偏振成像技术研究

发布时间：2020-04-13 05:22

【摘要】：物证搜寻对于正确分析案情,确定案件事实具有非常重要的意义,现代大多数案件,尤其是爆炸类案件,现场环境十分复杂。采用无人机进行物证搜寻,可大幅度提升搜寻效率,已经成为物证搜寻的主要手段之一。然而,传统轻小型无人机搭载的相机,通常仅采用强度成像方式,其成像对比度低,易受林地、雾霾和复杂地形等环境条件影响,难以实现对物证的快速搜寻和精准识别。偏振成像不仅能够提高成像对比度,还可增加烟尘雾霾环境中的成像作用距离;另外,长波红外成像可在低照度或夜晚环境中有效识别目标。因此本文提出利用可见光偏振与长波红外相结合的成像探测方案,用于物证搜寻识别。并且,采用两档变焦光学成像方式,在短焦模式下,实现大视场快速搜寻目标,长焦模式下,实现高分辨率精确识别目标。系统结构紧凑,适用于无人机载平台搭载。本文首先调研了偏振成像系统的国内外研究现状,总结了不同偏振成像方式的优缺点;然后深入研究了偏振成像和两档变焦光学系统设计基本理论。基于无人机载物证搜寻的成像需求,计算并分析了成像光学系统指标参数,分别设计了可见光两档变焦偏振成像系统和长波红外两档变焦成像系统。其中,可见光偏振成像系统为大视场大孔径结构,F数分别为1.8和2.7,视场角为62°和30°,调制传递函数在奈奎斯特频率145lp/mm处优于0.38,成像质量满足使用需求,可见光系统采用微偏振探测器件接收,可同时获取目标的四个stocks矢量,通过融合处理,得到目标偏振度图像。同时本文还对可见光系统离焦范围进行分析,通过移动变倍组调节像面位置,实现飞行高度3m~10m条件下均能清晰成像;长波红外成像光学系统,全视场分别为29°和15°,F数1.1,调制传递函数在奈奎斯特频率30lp/mm处优于0.45,并对系统工作时物距和温度变化引起的像面偏移进行分析,采用移动像面补偿方法,补偿像面离焦,成像质量满足使用需求。公差分析结果表明,可见光偏振成像系统和长波红外成像系统公差分配合理,满足系统加工及装调需求。最后,通过搭建实验平台,对典型物证目标进行拍摄,获取目标可见光偏振与长波红外图像。实验结果表明,采用可见光偏振与长波红外双波段探测物证目标,可在复杂条件下提高目标成像对比度,凸显目标纹理、材质及形状等特征信息,进一步提高目标探测识别精度,为复杂环境下案事件现场的物证搜寻工作提供一种有效手段。
【图文】：

系统结构图,系统结构,旋转通道,振度

加州大学 R. Walraven（1981）研制一种分时振片和相机组成。测量时，系统在不同时刻的偏振调制，最终根据其获得强度图像序列振度、偏振角等信息。由于系统不同偏振调的组成特点，所以该系统只能应用于静止物图1.1 分时线偏振成像系统国家空间中心研制的 POLDER(Polarizationastrument)[13]，搭载于ADEOS地球观测卫星上探测。其系统结构如图1.2所示，，它采用旋转通道探测，其中443nm、670nm与865nm 三个测系统的典型代表。

示意图,阵列结构,焦平面,示意图

图 1.3 焦平面微偏振阵列结构示意图tthew 等研制了一种分时的全偏振成像系统，主如图1.4，系统采用固定偏振片和旋转波片的方式分时获取目标线偏振光、圆偏振光等信息[15]。图1.4 旋转波波片固定偏振片的分时全偏振成像系国约翰霍普金斯大学的 Andreas 将不同方向的微了分焦面的同时型偏振成像探测系统，如图 1.够对目标光进行不同方向的偏振调制，不依赖于息进行实时测量[16]。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;D918.93

【参考文献】