本发明涉及偏振光学成像，具体涉及一种超分辨率偏振成像测量系统与算法。
背景技术：
1、椭圆检测通常是指在图像处理、计算机视觉或者工业检测领域中，识别和测量图像中椭圆形状物体的过程；斯托克斯成像或斯托克斯偏振成像，是一种专门用于分析光线偏振状态的技术，它基于斯托克斯参量理论，能够测量光的偏振态，包括完全偏振光(线偏振光、圆偏振光、一般椭圆偏振光)和部分偏振光，斯托克斯成像仪能够提供关于材料性质、表面结构或者介质内光学性质的信息，广泛应用于材料科学、生物医学、地质学等领域。在现有的弱光场偏振检测领域，目前的高分辨显微图像算法往往采用固定方向的线偏振传感器或者使用内置液晶光阀的工业检测相机来实现检测方法，并且目前的图像计算逻辑无法推广至普通情况，具有局限性，因此研究一种超分辨率偏振成像测量系统与算法对于偏振光学成像具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种具有经济性的，便于测量的，标准化的超分辨率偏振成像测量算法方案，本发明展示了普通使用情况下的偏振成像测量方法与算法方案，主要包含光源、可进行机械旋转的起偏器、被测物体、可进行机械旋转的检偏器，目前在光路的使用过程中可以使用反射镜进行光路的修改，在使用具有透反射式结构的显微镜上时，可以根据显微镜内置的光路系统完成整个测量系统的实现，工业相机所采集的带有不同的偏振信息的图输入到计算机进行处理，从而获得待测样品的非直观图像。
2、本发明第一方面提供一种超分辨率偏振成像测量系统，所述超分辨率偏振成像测量系统包括光源、具有旋转结构和内置起偏线偏振片的起偏器、具体旋转结构和内置检偏线偏振的检偏器、检测样本和工业相机，其中所述起偏器和检偏器包括单偏转模式和双偏转模式；
3、在采集图像前，调整所述起偏器与所述检偏器的光轴为完全垂直状态，此时为开始采集零点位置，开始进行图像采集，光路通过所述光源，经过所述起偏器，光路照射在所述检测样本上，再经由所述检偏器打入到所述工业相机，经过图像采集后，生成采集样片的斯托克斯图像与样品的图谱信息，由工业相机完成成像，其中所述图谱信息至少包括样品的偏振度、相位延迟、椭圆偏心度；
4、在单偏转模式下，对所述起偏器进行周期性旋转，总旋转量为180度，逐张进行采集；
5、在双偏转模式下，对所述所述起偏器和所述检偏器进行同方向同速度的周期性旋转，总旋转量为180度，逐张进行采集。
6、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述起偏器和所述检偏器中的旋转机构包括可以控制旋转的具有同轴旋转运动的电控旋转台，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片分别与对应的电控旋转台的中心固定。
7、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述电控旋转台的旋转精度误差不超过0.0025度；在光路垂直时，所述电控旋转台的旋转精度误差不应超过1度。
8、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片的最大透光率大于80％，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片光轴相互垂直时，最大透光率小于0.1％，其中所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片不具有偏色性，且在可见光范围内的具有透光率。
9、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述检测样本的检测条件为包含有能够被检测到的偏振性质。
10、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述工业相机的分辨率为大于等于800万像素，具有进行彩色或黑白模式的采集功能，在采集过程中具有不少于20帧的刷新率，且所述工业相机具有自动采集功能。
11、本发明第二方面提供了一种超分辨率偏振成像测量算法，所述超分辨率偏振成像测量算法如下：
12、步骤1、选择反射式或者透射式的光路进行测量；
13、步骤2、在放入检测的样品前，进行对应的起偏器与检偏器的归零校准，由pc电脑发送旋转起偏器的命令，让起偏器按照每次1度的间隔进行旋转，让工业相机进行亮度的采集，采集到的图像中亮度最小的角度设定为设备零点；
14、步骤3、放入采集的样品进行目标采集，采用单轴旋转的方式只旋转起偏器，或采用起偏器和检偏器同步旋转的方式进行图像的采集；
15、步骤4、将采集到的图像进行图像处理，经过灰度化，斯托克斯参量计算与椭圆偏振角和椭圆偏振角的数据，并经过数据转换后得到对应图谱；
16、步骤5、采用伪彩色的图像对图像进行变化，得到直观地效果图像。
17、可选的，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述在放入检测的样品前，进行对应的起偏器与检偏器的归零校准，由pc电脑发送旋转起偏器的命令，让起偏器按照每次1度的间隔进行旋转，让工业相机进行亮度的采集，采集到的图像中亮度最小的角度设定为设备零点，包括：
18、起偏器与检偏器的归零校准过程：每次将检偏器旋转角度θ，检偏器旋转一整圈，每次采集针对的图像像素值为xi，1≤i≤max，则当前图像n的总体亮度为：
19、
20、寻找到画面亮度最小的点imin，此时起偏器与检偏器的线偏振片处于光路上的光轴垂直状态，设置此点位为采集物体图像时的0点位置。
21、可选的，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述放入采集的样品进行目标采集，采用单轴旋转的方式只旋转起偏器，或采用起偏器和检偏器同步旋转的方式进行图像的采集，包括：
22、采用单轴旋转的方式只旋转起偏器时，进行相同方向、相同角度的采集，能够完整的反映出整个物体的光强变化状态；
23、采用起偏器和检偏器同步旋转的方式进行图像的采集时，实现弱测量的采集模式，直接对物体显示出的偏振光变化进行采集，能够反映出物体的内部材质应力变化情况。
24、可选的，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述将采集到的图像进行图像处理，经过灰度化，斯托克斯参量计算与椭圆偏振角和椭圆偏振角的数据，并经过数据转换后得到对应图谱脑壳：
25、设定每次采集的图像数为numθ，则每次采集总的旋转度数为180°，则每次旋转的角度为：
26、
27、设每次拍摄的图像为n∈1，2，···，numθ，首先需要将采集到的图像转换为灰度图形式，则针对图像的每个像素的亮度值为in∈[0，255]，θnnum表示当前画面相对于零点采集时的旋转角度；
28、当前物体图像的每一个像素实际亮度可以表征为：
29、
30、式中的ii，qi，ui为斯托克斯向量s中的s0、s1、s2，则针对每张采集到的图片进行采集后ii，qi，ui可以表示为：
31、
32、当前像素点的偏振度为：
33、
34、当前素点的偏振相位差为：
35、
36、当前素点的两个垂直电场分量为：
37、
38、前素点的两个垂直电场分量所展示的椭圆偏振角为：
39、
40、计算出整个图像上所有像素点的相关分量，显示出偏振图像的s0、s1、s2图像以及偏振度、偏振相位差、椭圆偏振角的图谱；
41、在图像生成过程中，采用以下公式进行表示：
42、
43、由于经过数值计算后，当前像素点的格式需要转换为uint8格式才能完成图像的生成工作，设定当前每一个像素的当前亮度为ii，进行全正数处理，归一化处理，以及数值化处理：
44、ii+＝ii-imin
45、ii0＝ii+/imax
46、iuint8＝uint8(ii0)
47、将iuint8转换为图像的形式进行表达。
48、本技术提出了一种超分辨率偏振成像测量系统与算法，与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：该系统包括光源、具有旋转结构和内置起偏线偏振片的起偏器、具体旋转结构和内置检偏线偏振的检偏器、检测样本和工业相机，其中所述起偏器和检偏器包括单偏转模式和双偏转模式，起偏器和检偏器中的旋转机构包括可以控制旋转的具有同轴旋转运动的电控旋转台，起偏器和检偏器中的线偏振片分别与对应的电控旋转台的中心固定，电控旋转台控制线偏振片进行周期性旋转，每次固定角度旋转后使工业相机进行进行一次采图，多次采样得到多幅图片带有不同偏振信息的图像，之后根据采样得到图像进行算法计算；本发明通过对偏振片的旋转调节，增加了对非直观光波成像的核心部件，通过多次测量偏振态下的光强图，反演计算获得了比传统检测光强图更好的效果图，对于散射光的检测更加敏锐，相较于传统的椭圆检测与斯托克斯成像仪具有低成本，高感光性，简洁性与高分辨率的优点。
1.一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述超分辨率偏振成像测量系统包括光源、具有旋转结构和内置起偏线偏振片的起偏器、具体旋转结构和内置检偏线偏振的检偏器、检测样本和工业相机，其中所述起偏器和检偏器包括单偏转模式和双偏转模式；
2.如权利要求1所述的一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器中的旋转机构包括可以控制旋转的具有同轴旋转运动的电控旋转台，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片分别与对应的电控旋转台的中心固定。
3.如权利要求2所述的一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述电控旋转台的旋转精度误差不超过0.0025度；在光路垂直时，所述电控旋转台的旋转精度误差不应超过1度。
4.如权利要求1所述的一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片的最大透光率大于80％，所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片光轴相互垂直时，最大透光率小于0.1％，其中所述起偏器和所述检偏器中的线偏振片不具有偏色性，且在可见光范围内的具有透光率。
5.如权利要求1所述的一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述检测样本的检测条件为包含有能够被检测到的偏振性质。
6.如权利要求1所述的一种超分辨率偏振成像测量系统，其特征在于，所述工业相机的分辨率为大于等于800万像素，具有进行彩色或黑白模式的采集功能，在采集过程中具有不少于20帧的刷新率，且所述工业相机具有自动采集功能。
7.一种超分辨率偏振成像测量算法，其特征在于，所述超分辨率偏振成像测量算法如下：
8.如权利要求7所述的一种超分辨率偏振成像测量算法，其特征在于，所述在放入检测的样品前，进行对应的起偏器与检偏器的归零校准，由pc电脑发送旋转起偏器的命令，让起偏器按照每次1度的间隔进行旋转，让工业相机进行亮度的采集，采集到的图像中亮度最小的角度设定为设备零点，包括：
9.如权利要求7所述的一种超分辨率偏振成像测量算法，其特征在于，所述放入采集的样品进行目标采集，采用单轴旋转的方式只旋转起偏器，或采用起偏器和检偏器同步旋转的方式进行图像的采集，包括：
10.如权利要求7所述的一种超分辨率偏振成像测量算法，其特征在于，所述将采集到的图像进行图像处理，经过灰度化，斯托克斯参量计算与椭圆偏振角和椭圆偏振角的数据，并经过数据转换后得到对应图谱脑壳：
