仿昆虫复眼偏振敏感测角光电模型研究 被引量：33

1

作者 褚金奎 赵开春 《微纳电子技术》 CAS 2005年第12期541-545,共5页

复杂环境中的导航定位能力对于动物和机器人来说是至关重要的,很多昆虫通过天空中的偏振光模式图来获取方向信息。偏振视觉是以这些昆虫眼睛背部区域一些特殊结构的复眼为媒介的,这些复眼中包含有对于偏振光方向极度敏感的感光器。受到... 复杂环境中的导航定位能力对于动物和机器人来说是至关重要的,很多昆虫通过天空中的偏振光模式图来获取方向信息。偏振视觉是以这些昆虫眼睛背部区域一些特殊结构的复眼为媒介的,这些复眼中包含有对于偏振光方向极度敏感的感光器。受到昆虫偏振光罗盘导航的启发,在移动机器人Sahabot上构建的偏振罗盘获得成功应用。讨论了从天空偏振模式图中提取方向信息的模型;为了提高测角模型的角度分辨率和计算效率,提出了改进方法。数值仿真结果表明了新方法的有效性。 展开更多

关键词 机器人导航 偏振视觉 偏振罗盘 计算效率

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新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法 被引量：15

2

作者 赵开春 褚金奎 +1 位作者 张强 王体昌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期503-509,共7页

沙漠蚂蚁神奇的导航本领为我们研制新型导航传感器提供了有价值的技术参考。分析了沙漠蚂蚁利用天空偏振光分布模式导航的机理,设计了一种新型的仿生偏振测角传感器。提出了一种新的航向角度求解方法,给出了一种基于最小二乘支持向量机... 沙漠蚂蚁神奇的导航本领为我们研制新型导航传感器提供了有价值的技术参考。分析了沙漠蚂蚁利用天空偏振光分布模式导航的机理,设计了一种新型的仿生偏振测角传感器。提出了一种新的航向角度求解方法,给出了一种基于最小二乘支持向量机航向角输出误差补偿算法。利用精密旋转测试台进行了室外航向角度输出测试,实验结果证明了角度解算方法是可行的,角度误差补偿算法是健壮有效的。 展开更多

关键词 仿生 偏振视觉 测角传感器 最小二乘支持向量机 误差补偿

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多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验 被引量：12

3

作者 周文舟 范晨 +2 位作者 胡小平 何晓峰 张礼廉 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期298-306,共9页

针对现有偏振去雾算法鲁棒性不强和图像增强效果有限的问题,提出一种基于多尺度奇异值分解的图像融合去雾算法。首先,利用偏振测量信息的冗余特性,采用最小二乘法,提高了传统偏振图像去雾算法中偏振信息的准确度;然后,从传统偏振图像去... 针对现有偏振去雾算法鲁棒性不强和图像增强效果有限的问题,提出一种基于多尺度奇异值分解的图像融合去雾算法。首先,利用偏振测量信息的冗余特性,采用最小二乘法,提高了传统偏振图像去雾算法中偏振信息的准确度;然后,从传统偏振图像去雾算法的局限性出发,定性分析了偏振图像融合去雾的可行性,并提出了一种基于多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法;最后,设计了不同能见度条件下的验证实验并进行了量化评价。结果表明,与经典偏振图像去雾算法相比,该算法不需要进行人工参数调节,具有较强的自适应性和鲁棒性,能够有效改善传统算法中出现的光晕以及天空区域过曝的问题,图像信息熵与平均梯度最大可分别提高18.9%和38.4%,有效地增强了复杂光照条件下的视觉成像质量,具有较广泛的应用前景。 展开更多

关键词 偏振视觉 图像去雾与增强 高斯滤波 Stokes矢量

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昆虫对偏振光的响应及感受机理研究进展 被引量：9

4

作者 蒋月丽 郭予元 +4 位作者 武予清 段云 苗进 巩中军 李彤 《昆虫学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期226-232,共7页

偏振光是不同于普通光源的一种光,常指光矢量在某一个方向振动的光波,可分为线性偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等。目前已经发现自然界的偏振光影响许多昆虫的行为,如西方蜜蜂Apis mellifera的飞行导航、蛱蝶Heliconius cydno chioneus... 偏振光是不同于普通光源的一种光,常指光矢量在某一个方向振动的光波,可分为线性偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等。目前已经发现自然界的偏振光影响许多昆虫的行为,如西方蜜蜂Apis mellifera的飞行导航、蛱蝶Heliconius cydno chioneus的觅偶、凤蝶Papilio aegeus产卵场所的选择等。金龟子对圆偏振光的反射可以作为一种分类的性状。昆虫复眼背部边缘区域(dorsal rim area,DRA)小眼是感受偏振光的主要器官,电生理学研究表明前视神经节是蝗虫偏振视觉通路的一部分。在匈牙利,已经开始利用偏振光研制步甲等昆虫的诱捕器。 展开更多

关键词 线性偏振光 圆偏振光 昆虫 偏振视觉 光感受器

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仿生偏振导航传感器实验模型的构建与标定 被引量：8

5

作者 褚金奎 赵开春 +1 位作者 王体昌 张强 《微纳电子技术》 CAS 2007年第7期376-378,406,共4页

针对研制仿生导航微传感器的需要,设计并且搭建了偏振导航传感器实验模型。分析了仿生导航传感器工作的原理,构建了传感器模型实验平台和光学标定装置。利用光学标定装置对导航传感器进行了暗场标定、均匀非偏振光标定。进行了导航定位... 针对研制仿生导航微传感器的需要,设计并且搭建了偏振导航传感器实验模型。分析了仿生导航传感器工作的原理,构建了传感器模型实验平台和光学标定装置。利用光学标定装置对导航传感器进行了暗场标定、均匀非偏振光标定。进行了导航定位角度输出实验,获得了导航传感器三个偏振方向分析器标准化输出曲线。测试结果表明这种新型传感器的设计是合理有效的。 展开更多

关键词 偏振视觉 导航传感器 传感器标定 标准化输出

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偏振视觉

6

作者 赵永强 乔新博 +1 位作者 李宁 潘泉 《中国科学：信息科学》 CSCD 北大核心 2024年第7期1620-1645,共26页

传统视觉技术已经广泛应用于生产生活中的各类领域,然而在面对复杂环境以及非合作目标时,获得的信息量有限使传统视觉技术无法有效地检测、识别目标.作为与光强、波长、相位并列的光的基本物理特性,偏振能够反映发射或反射光的振动特性... 传统视觉技术已经广泛应用于生产生活中的各类领域,然而在面对复杂环境以及非合作目标时,获得的信息量有限使传统视觉技术无法有效地检测、识别目标.作为与光强、波长、相位并列的光的基本物理特性,偏振能够反映发射或反射光的振动特性,表征物体的多种信息,因此偏振信息能有效区分目标与背景,并在恶劣环境中维持信息有效性.利用偏振信息的这种特性,人们将光的偏振信息引入视觉系统,得到了一种解决复杂场景成像问题的方案,即偏振视觉.偏振视觉最早在部分生物上发现,对偏振视觉的进一步研究使人们发现偏振视觉相较于传统视觉在复杂场景下的成像优势.本文以偏振视觉的发展为主线整理了偏振视觉技术的诞生、成像设备的发展与该技术在各领域的应用,并展望了偏振视觉及其相关技术的未来发展方向. 展开更多

关键词 偏振视觉 偏振信息 偏振成像设备 散射介质成像 目标检测 反射光去除 三维重构

原文传递

铜绿丽金龟对圆偏振光的行为和视网膜电位反应 被引量：3

7

作者 蒋月丽 郭予元 +4 位作者 武予清 苗进 巩中军 段云 李彤 《昆虫学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1397-1403,共7页

圆偏振光在地球环境中是很少见的,来自珠宝金龟甲体壁反射圆偏振光是稀有的自然资源之一。铜绿丽金龟Anomala corpulenta Motschulsky与其他珠宝金龟甲一样其体壁能够反射左旋圆偏振光。为了解铜绿丽金龟对圆偏振光的感知能力,本研究利... 圆偏振光在地球环境中是很少见的,来自珠宝金龟甲体壁反射圆偏振光是稀有的自然资源之一。铜绿丽金龟Anomala corpulenta Motschulsky与其他珠宝金龟甲一样其体壁能够反射左旋圆偏振光。为了解铜绿丽金龟对圆偏振光的感知能力,本研究利用室内行为、田间诱集与视网膜电位(electroretinogram,ERG)等方法研究了铜绿丽金龟对圆偏振光的响应。室内行为研究结果表明,铜绿丽金龟对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的趋光反应明显低于非偏振光,避光反应明显大于非偏振光,且对左旋圆偏振光的趋、避光反应均大于右旋圆偏振光。田间选择试验结果显示,铜绿丽金龟对左旋和右旋圆偏振光的选择明显低于非偏振光,且右旋大于左旋圆偏振光。电生理学研究结果表明,左旋和右旋圆偏振光与非偏振光一样,均能引发铜绿丽金龟的ERG反应,且无明显差异。这些研究结果表明铜绿丽金龟体壁能够反射产生左旋圆偏振光,且能够感知和区分左旋和右旋圆偏振光,说明铜绿丽金龟存在偏振视觉,具有圆偏振光敏感性。 展开更多

关键词 铜绿丽金龟 圆偏振光 偏振视觉 趋光行为 视网膜电位

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独立通道偏振罗盘信息检测方法及传感器设计 被引量：2

8

作者 李逸博 高隽 +1 位作者 王昕 范之国 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第7期12-18,共7页

目前偏振光导航传感器大多以POL-神经元模型为基础,误差主要来源于通道间信号增益差异,以及检偏器阵列的相对角度误差。为了提高偏振罗盘信息的检测精度,提出了一种独立通道偏振罗盘信息检测方法。利用三个相互独立的偏振光检测通道测... 目前偏振光导航传感器大多以POL-神经元模型为基础,误差主要来源于通道间信号增益差异,以及检偏器阵列的相对角度误差。为了提高偏振罗盘信息的检测精度,提出了一种独立通道偏振罗盘信息检测方法。利用三个相互独立的偏振光检测通道测量大气偏振信息,获取航向角信息。并且,结合分时复用技术,设计了独立通道偏振光导航传感器,提出了相应的标定方法和误差补偿算法。实验结果表明,独立通道偏振光导航传感器能够显著降低偏振罗盘信息检测误差,补偿后传感器误差在±0.05°以内。 展开更多

关键词 偏振光导航 大气偏振模式 偏振视觉 导航

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基于偏振信息的水体障碍物检测方法 被引量：1

9

作者 谢斌 项志宇 +1 位作者 潘华东 刘济林 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期1834-1838,共5页

将光的偏振概念引入机器视觉领域,并应用于智能机器人野外导航中水体障碍物的检测.该方法基于如下物理准则:非偏振光通过平滑水面反射后成为部分线性偏振光,其偏振相位相对周围环境具有更大的相似性.通过综合比较偏振度的大小和偏振相... 将光的偏振概念引入机器视觉领域,并应用于智能机器人野外导航中水体障碍物的检测.该方法基于如下物理准则:非偏振光通过平滑水面反射后成为部分线性偏振光,其偏振相位相对周围环境具有更大的相似性.通过综合比较偏振度的大小和偏振相位的相似性,可以检测出场景中的水体障碍物.实验结果表明,该方法对复杂自然环境下水体障碍物的检测,特别是包含周围植物倒影的水体部分的检测具有良好的效果.与传统机器视觉方法相比,偏振视觉手段计算简单,可以与现有图像处理技术结合使用. 展开更多

关键词 偏振相位 水面检测 图像处理 偏振视觉

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亚波长纳米金属光栅偏振聚光器设计 被引量：1

10

作者 关乐 王忠旭 +3 位作者 李世奇 刘胜 崔岩 褚金奎 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第6期70-74,共5页

为有效利用白天和夜晚的全天候偏振光信息,进一步拓展偏振光导航系统在微光环境下的应用,基于昆虫复眼的偏振视觉仿生原理,设计了一种亚波长光栅式平面金属聚光透镜结构,可以在保证偏振信息采集的同时实现微光环境中光的聚焦增强。基于... 为有效利用白天和夜晚的全天候偏振光信息,进一步拓展偏振光导航系统在微光环境下的应用,基于昆虫复眼的偏振视觉仿生原理,设计了一种亚波长光栅式平面金属聚光透镜结构,可以在保证偏振信息采集的同时实现微光环境中光的聚焦增强。基于表面等离子体激元光学理论,利用具有特定变化规律的变间距w和变高度d的纳米金属光栅阵列结构,设计了一种新型亚波长纳米金属光栅偏振聚光器。采用时域有限差分(FDTD)方法,对聚光器的结构参数进行了数值模拟,通过对聚光器光场分布的优化分析,给出了各参数对焦点位置和聚焦效果的影响规律,同时求解了TM光的透射率。其中最优结构的焦点位置位于偏振聚光器光出口2 798 nm,光强值提高到了16倍。在450 nm的偏振光导航器敏感波段其透射率约为63%。提出的新型金属光栅偏振聚光器结构为未来微纳偏振导航器件的光学设计与集成制造提供了有效的参考。 展开更多

关键词 聚焦 偏振视觉 偏振器 纳米金属光栅 时域有限差分方法

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仿生偏振视觉定位定向机理与实验 被引量：12

11

作者 王玉杰 胡小平 +2 位作者 练军想 张礼廉 何晓峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2109-2116,共8页

为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向... 为了有效利用全天域的偏振光信息,探究仿生偏振光导航机理,设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法,推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式,将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题,推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后,设计了静态实验与转动实验,对理论分析结果进行了验证。实验结果显示:测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致,并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°,误差标准差为0.14°;基于1h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°,误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理,为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。 展开更多

关键词 偏振视觉传感器 仿生偏振导航 天空偏振模式 定位定向

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红外偏振成像进展 被引量：12

12

作者 赵永强 马位民 李磊磊 《飞控与探测》 2019年第3期77-84,共8页

作为一种新型光电探测技术,红外偏振成像探测在军事和民用领域展现出的广阔应用前景,受到了国内外众多学者和有关部门的高度关注。对近几年红外偏振探测理论、红外偏振成像系统、探测系统的应用等方面进行了总结,通过模拟不同材料的红... 作为一种新型光电探测技术,红外偏振成像探测在军事和民用领域展现出的广阔应用前景,受到了国内外众多学者和有关部门的高度关注。对近几年红外偏振探测理论、红外偏振成像系统、探测系统的应用等方面进行了总结,通过模拟不同材料的红外偏振辐射特性和进行实际的图像分析,对红外偏振成像探测技术的发展动向、存在问题和解决这些问题的思路给出了系统的综述。分析了当前红外偏振成像技术存在的优、缺点,结合生物多波段偏振视觉技术的研究进展,提出了仿生偏振视觉的概念。通过分析目标辐射偏振特性,给出了偏振成像质量的影响因素,并用实际拍摄图像分析了红外偏振成像的适用领域。 展开更多

关键词 偏振成像 红外辐射 目标检测 探测距离 仿生偏振视觉

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融合光学偏振的三维成像技术进展(特邀) 被引量：1

13

作者 王霞 赵雨薇 金伟其 《光电技术应用》 2022年第5期33-43,共11页

在光学三维成像领域,双目视觉三维成像、飞行时间成像、结构光等方法为深度信息获取提供了多种可能性,但上述方法均存在一定的技术局限性。偏振作为光波的特有属性,提供了更多维度的信息,将光学偏振特性应用至三维成像,可以在一定程度... 在光学三维成像领域,双目视觉三维成像、飞行时间成像、结构光等方法为深度信息获取提供了多种可能性,但上述方法均存在一定的技术局限性。偏振作为光波的特有属性,提供了更多维度的信息,将光学偏振特性应用至三维成像,可以在一定程度上弥补现有三维成像方法的不足。基于不同的三维成像原理,从偏振特性的应用方式出发,分别介绍了近年来国内外在三维成像与光学偏振相结合方面的研究思路、方法与成果,涵盖偏振双目视觉三维成像、偏振飞行时间及偏振结构光三个方面,同时对比了三类融合光学偏振的典型三维成像方法的特点、适用场景等,总结了各类方法的优缺点,为该领域的后续研究提供了指引。 展开更多

关键词 光学偏振 三维成像 偏振双目视觉三维成像 偏振飞行时间成像 偏振结构光

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偏振光视觉——昆虫的全球定位系统

14

作者 贾雷坡 《大自然》 2015年第3期58-59,共2页

全球定位导航系统就是利用定位卫星,在全球范围内实时提供全天候、全球性的定位和导航服务。目前,在行业内最著名的就是美国的GPS系统。毫无疑问,昆虫是无法连接到人类GPS系统的,那么昆虫是如伺找到回家之路的呢?昆虫总有一些令人惊奇... 全球定位导航系统就是利用定位卫星,在全球范围内实时提供全天候、全球性的定位和导航服务。目前,在行业内最著名的就是美国的GPS系统。毫无疑问,昆虫是无法连接到人类GPS系统的,那么昆虫是如伺找到回家之路的呢?昆虫总有一些令人惊奇的本领,让自诩为"万物之灵"的人类望尘莫及。每年八月,成群的蜉蝣在多瑙河畔聚集,开始为期两天的交配和产卵活动。弥漫的飞虫数量众多。 展开更多

关键词 偏振光视觉 全球定位系统 定位导航系统 万物之灵 导航服务 感杆束 振动方向 晶锥 如水 微绒毛

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