一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置.pdf

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1、2014年第33卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)69DOI：10．13873／J．1000-9787(2014)08--0069--04一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置李彬，关乐，刘琦，褚金奎(大连理工大学精密特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116023)摘要：模仿昆虫偏振导航机理，设计了成像式仿生偏振导航传感装置样机。研究了天空光偏振分布模型，分析了成像式仿生偏振导航传感装置工作原理。解决了一般探测装置解算偏振参数需要上位机辅助的问题，使用CMOS图

2、像传感器和数字信号处理器，实时输出导航角度。进行了室内、室外装置性能测试，获得了3个方向偏振分量标准化强度曲线。实验结果表明：传感装置室内外角度测量误差分别为一0．8。～0．3。，-1．2。~1．4。，能够较高精度地输出导航角度，可以满足实时导航定位的需要。关键词：偏振导航；天空光偏振分布模型；数字信号处理器；CMOS图像传感器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)08-0069-04A▲n0Ve1In■magl●ng1Dl●0ni-cpo●lari■zat·i-onnavi-gat·i■ons

3、ensi●ngdevicebased0nskylightLIBin，GUANLe，LIUQi，CHUJin—kui(KeyLaboratoryofTechnologyPrecision&Non-traditionalMachiningofMinistryofEducation，DMianUniversityofTechnology，Dalian116023，China)Abstract：Anovelimagingbionicpolarizationnavigationsensingdeviceprotoisdesignedbyemp

4、loyinginsectstrategiesfornavigation．Theskylightpolarizationdistributidnmodelisstudied，andworkprincipleofimagingbionicpolarizationnavigationsensingdevicesolvesisanalyzed．TheproblemofnormaldetectiondevicepolarizedparametersneedsupperPCaided，byusingCMOSsensorandDSP，realti

5、meoutputnavigationangle．Performanceexperimentsarepresentedindoorandoutdoor，andnormalizedintensitycurvesofthepolarizedcomponentinthreedirectionsareobtained．ExperimentalresultindicatesthatelTorofangle—O．8。~0．3。(indoor)and-1．2。一1．4。(outdoor)，itcanoutputnavigationanglewith

6、highprecisionandmeetrequirementofrealtimenavigation．Keywords：polarizationnavigation；skylightpolarizationdistributionmodel；DSP；CMOSimagesensor0引言目前，国内外的研究主要集中在白天天空偏振光分布现代生物学家通过研究发现，蜣螂等昆虫能够利用其模式理论建模与测试、偏振导航传感器测角模型与误差分偏振视觉(对天空光偏振方向极其敏感的视觉组织、器官析以及考虑偏振导航增强的组合导航方法方面的研与神经系统)分

7、析天空中存在的一个相对稳定的偏振光究。对于微型化、单片集成化的成像式仿生偏振导航(polarizedlight，POL)分布模式图来进行导航定位⋯。这传感装置的研究尚处于初级阶段。种基于天空光的仿生偏振导航方式不受电磁干扰，误差不本文模仿昆虫偏振视觉结构，结合商用CMOS图像传随时间累积，具有广阔的应用前景。感器与数字信号处理器(DSP)芯片研制了一种新型成像式2000年，国外学者LambrinosD与MtfllerR等人首先仿生偏振导航传感装置样机，进行了导航角度输出测试。将昆虫偏振导航原理应用于机器人的开发中，研制了基于与传统的

8、导航设备相比，它具有体积小、重量轻、集成度高、偏振光导航的Sahabot移动机器人j。国内，大连理工大光敏感性能好、抗干扰能力强等优点。学褚金奎教授课题组在国内首先于2004年开展了天空偏1天空光偏振分布模型振光分布规律和偏振光多通道