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申请/专利权人：山东大学

摘要：本发明提供了一种基于偏振图像增强的浑浊油液磨粒成像装置及方法，属于图像处理技术领域。本发明所述的成像装置，包括：CMOS固定装置、斯托克斯偏振CMOS传感器、光学镜头套筒和光学放大镜片，斯托克斯偏振CMOS传感器包括CMOS传感器和斯托克斯检偏器；本发明利用润滑油介质散射光以及磨损颗粒反射光的偏振特性差异，实时测量浑浊润滑油场景斯托克斯矢量信息，滤除介质散射光，提高了磨粒图像质量，有效提高了磨粒成像监测的覆盖时长，为磨损阶段和健康状态的判断提供技术支撑。

主权项：1.一种基于偏振图像增强的浑浊油液磨粒成像系统，其特征在于，设备润滑管路、润滑油支路、油泵、控制终端以及基于偏振图像增强的浑浊油液磨粒成像装置；设备润滑管路与润滑油支路连通，润滑油支路上连接有油泵，润滑油支路分别与润滑油流道的入口和出口连通后，再与设备润滑管路连通；控制终端分别与斯托克斯偏振CMOS传感器和油泵连接；所述基于偏振图像增强的浑浊油液磨粒成像装置，包括：CMOS固定装置、斯托克斯偏振CMOS传感器、光学镜头套筒和光学放大镜片，斯托克斯偏振CMOS传感器包括CMOS传感器和斯托克斯检偏器；斯托克斯检偏器包括不同偏振方向的多个线偏振单元，各个线偏振单元与CMOS传感器的像素一一对应；光学镜头套筒与CMOS固定装置连接，光学镜头套筒的末端布置有光学放大镜片，CMOS固定装置与外壳固定连接；环形偏振光源固定在外壳内部，环形偏振光源下方设有与外壳内壁连接的光学玻璃，光学玻璃的底部与外壳内壁之间的间隙作为润滑油流道，润滑油流道的入口和出口均开设在外壳上；在润滑油流道的流道底部喷涂有白色漫反射涂层，所述环形偏振光源从上到下包括电路板、环形白色光源和线性起偏器，电路板与环形白色光源连接，环形白色光源的光线穿过线性起偏器后，从无偏振性的自然白光变为具有特定偏振方向的线偏振光；经过检偏器作用后的背景光和目标信号光强度可表示为：背景光偏振方向θB与Stokes矢量间的关系为：其中，S1B为背景散射光的0°偏振分量和90°偏振分量之间的光强差，S2B为背景散射光的45°偏振分量和135°偏振分量之间的光强差；偏振磨粒图像IPD为：IPD＝S1Tsin2θB-S2Tcos2θB，其中，S1T为目标信号光的0°偏振分量和90°偏振分量之间的光强差，S2T为目标信号光的45°偏振分量和135°偏振分量之间的光强差，θB为背景光偏振方向；最终的偏振差分图像仅包含关于目标信号光强度的Stokes矢量，实现背景散射光线的滤除，整个过程需要获取光线的Stokes矢量以及背景散射光偏振角；油泵以设定速度工作，以第一设定光强启动环形偏振光源，斯托克斯偏振CMOS传感器获取初始图像，计算初始图像的平均灰度值式中M为图像的高度，N为图像的宽度，Ii，j表示图像中坐标为i，j的像素的灰度值，接下来对平均灰度值GMean的值进行判断：若GMean≥130，则说明油液磨粒图像整体亮度较高，白色漫反射涂层产生的反射光贡献主要的光强度，反映油液相对清澈，光线散射效应忽略，此时进入正常油液磨粒成像流程：Stokes偏振CMOS传感器录制视频t1时长保存在树莓派中，从视频中提取部分帧，得到无偏振磨粒图像Iup；若GMean＜130，则说明图像整体亮度较暗，油液颜色较深、浑浊度高，光源产生的光线经浑浊油液散射，返回的光线强度大大降低，此时进入浑浊油液磨粒成像流程：首先提高环形偏振光源的光强度到以补偿光线的散射损失，提高图像亮度；Stokes偏振CMOS传感器录制视频t1时长保存在树莓派中，从视频中提取部分帧，按照像素排列顺序将单帧图像分解为I0、I45、I90和I135四幅图像，计算出Stokes矢量S0、S1、S2，并计算出各像素偏振角分布概率，选取出现概率最高的偏振角作为背景光偏振角，最后得出各视频帧对应的偏振差分图像，成像流程结束后将图像数据上传至上位机，树莓派将油泵、Stokes偏振CMOS传感器以及环形偏振光源关闭，结束工作流程。

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