基于flc的高光譜全偏振成像裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜技術(shù)和偏振成像技術(shù)是空間成像技術(shù)與光譜分析及偏振測(cè)量技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是近年發(fā)展起來(lái)的新型光學(xué)遙感探測(cè)技術(shù)。
[0003]成像光譜技術(shù)獲取目標(biāo)的二維空間信息和一維光譜信息。地表、海洋和天空中的任何物體在反射、透射和輻射光波的過(guò)程中都會(huì)表現(xiàn)出不同的光譜特性，對(duì)這些特征光譜進(jìn)行分析，可識(shí)別出目標(biāo)的種類(lèi)、材質(zhì)及物質(zhì)組成。干涉成像光譜技術(shù)主要包括時(shí)間調(diào)制型、空間調(diào)制型和時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型三大類(lèi)。其中，時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型技術(shù)是光譜成像領(lǐng)域中發(fā)展非?；钴S的光譜探測(cè)技術(shù)。它通過(guò)在無(wú)限遠(yuǎn)成像系統(tǒng)中加入橫向剪切分束器引入探測(cè)目標(biāo)的干涉信息，利用傅里葉變換反演處理得到探測(cè)目標(biāo)的二維空間光強(qiáng)信息和各點(diǎn)光譜信息，與時(shí)間調(diào)制型干涉成像光譜儀相比，像面干涉成像光譜儀內(nèi)部可以去掉推掃運(yùn)動(dòng)部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性能高的特點(diǎn)；與空間調(diào)制型干涉成像光譜儀相比，它沒(méi)有狹縫的限制，具有高光通量、高空間分辨率的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]利用偏振成像技術(shù)獲取目標(biāo)的二維空間信息和偏振信息，偏振信息為獨(dú)立于光強(qiáng)度和光譜的信息，它能反映目標(biāo)形貌取向、表面粗糙度、致密度、電導(dǎo)率、含水量等材料理化特征，不同的物體由于其表面特征不同，偏振度會(huì)有很大的差異。通過(guò)這些差異可增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，也能用于物質(zhì)的分類(lèi)與識(shí)別。美國(guó)學(xué)者Pezzaniti和Chenault提出一種基于孔徑分割思想的偏振成像技術(shù)，可以在探測(cè)器靶面上形成四個(gè)視場(chǎng)相同、偏振態(tài)不同的目標(biāo)場(chǎng)景圖像，這種方案受限于探測(cè)器靶面的大小，降低了系統(tǒng)的空間分辨率。Goldstein提出一種分時(shí)調(diào)制的偏振探測(cè)轉(zhuǎn)置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)相位延遲器的光軸方向，改變系統(tǒng)穆勒調(diào)制矩陣，最后解調(diào)出探測(cè)目標(biāo)的偏振信息。該系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)偏振信息的快速探測(cè)。孟鑫等人提出的高光譜全偏振傅里葉成像光譜儀，通過(guò)使用一個(gè)波片和一個(gè)線偏振實(shí)現(xiàn)偏振調(diào)制，由于系統(tǒng)要旋轉(zhuǎn)波片和線偏振片，單次測(cè)量不能同時(shí)獲取四個(gè)stokes矢量的偏振信息。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置和方法，通過(guò)采用兩個(gè)鐵電液晶進(jìn)行偏振調(diào)制，即可實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率、高通量，同時(shí)單次測(cè)量即能獲取全偏振信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)高分辨的光譜和偏振的同時(shí)探測(cè)。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置，包括沿光路方向依次放置的前置成像物鏡、光闌、準(zhǔn)直物鏡、偏振調(diào)制系統(tǒng)、Sagnac干涉器、后置成像物鏡和探測(cè)器;前置成像物鏡的成像面與準(zhǔn)直物鏡的前焦面重合，光闌位于前置成像物鏡的成像面上;偏振調(diào)制系統(tǒng)包括沿光路依次設(shè)置的第一鐵電液晶、第一相位延遲片、第二鐵電液晶、第二相位延遲片和線偏振器，第一鐵電液晶、第一相位延遲片、第二鐵電液晶和第二相位延遲片的快軸及線偏振器的透光軸均位于與光路垂直的平面上;探測(cè)器(7)的靶面位于后置成像物鏡的像面位置。
[0008]一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置的成像方法，方法步驟如下:
步驟一:來(lái)自目標(biāo)各點(diǎn)的光進(jìn)入前置成像物鏡，通過(guò)光闌限制前置成像物鏡的像面形狀和尺寸，消除雜散光，再由準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直，出射平行光束;光闌位于前置成像物鏡的成像面處，準(zhǔn)直物鏡的物方焦平面與前置成像物鏡的像面重合。
[0009]步驟二:從準(zhǔn)直物鏡出射的光束進(jìn)入偏振調(diào)制系統(tǒng)，光束依次通過(guò)第一鐵電液晶、第一相位延遲片、第二鐵電液晶、第二相位延遲片和線偏振器;第一鐵電液晶、第二鐵電液晶在電壓的控制下，快軸角度發(fā)生0°和45°切換，第一鐵電液晶、第二鐵電液晶組合后共有四組快軸角度變化的形式；當(dāng)偏振調(diào)制系統(tǒng)每進(jìn)行一步干涉掃描時(shí)，每個(gè)鐵電液晶的快軸角度改變兩次，即每步干涉掃描時(shí)入射光經(jīng)過(guò)四組快軸角度狀態(tài)的調(diào)制，并獲得四幅干涉圖像。
[0010]步驟三:經(jīng)過(guò)偏振調(diào)制后的光束進(jìn)入Sagnac干涉器，Sagnac干涉器包括分束鏡、第一反射鏡和第二反射鏡，光線經(jīng)過(guò)分束鏡分為反射光和透射光，反射光依次經(jīng)過(guò)第一反射鏡和第二反射鏡，再經(jīng)分束鏡反射后出射至后置成像物鏡;透射光依次經(jīng)過(guò)第二反射鏡和第一反射鏡后，再經(jīng)分束鏡透射后出射至后置成像物鏡。
[0011]步驟四:由Sagnac干涉器出射的光束，經(jīng)后置成像物鏡后成像在探測(cè)器上。
[0012]步驟五:每個(gè)物點(diǎn)經(jīng)過(guò)偏振調(diào)制系統(tǒng)和Sagnac干涉器調(diào)制后形成的像點(diǎn)成像在探測(cè)器對(duì)應(yīng)的象元上，在探測(cè)器的靶面上獲取物點(diǎn)的干涉光強(qiáng)信息，并對(duì)干涉光強(qiáng)信息進(jìn)行處理，得到目標(biāo)各點(diǎn)的光譜信息及全偏振信息。
[0013]上述步驟五中，對(duì)干涉光強(qiáng)信息進(jìn)行處理，具體方法如下:
通過(guò)采用內(nèi)置掃描或者系統(tǒng)整體掃描的方式對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行推掃，獲取目標(biāo)各點(diǎn)不同光程差下的干涉信息的目標(biāo)干涉圖像，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，對(duì)獲取的電信號(hào)提取目標(biāo)各點(diǎn)不同光程差下的干涉數(shù)據(jù)，提取各stokes偏振矢量下的干涉數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，從而獲取目標(biāo)各點(diǎn)的光譜信息及全偏振信息。
[0014]上述采用內(nèi)置掃描方式具體步驟為:轉(zhuǎn)動(dòng)Sagnac干涉器，旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)分束鏡中心，平行于y軸。
[0015]上述整體掃描方式具體步驟為:平移或旋轉(zhuǎn)整個(gè)基于FLC的高光譜全偏振成像裝置。
[0016]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
1.采用畫(huà)幅式干涉成像的方式，可以提高光通量和復(fù)原圖譜信噪比。同時(shí)，由于沒(méi)有像面狹縫結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的空間分辨率；
2.系統(tǒng)采用鐵電液晶(FLC)進(jìn)行偏振調(diào)制，調(diào)制速度更快，單次測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)探測(cè)目標(biāo)的光譜和偏振信息。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為基于FLC的高光譜全偏振成像光路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]結(jié)合圖1，本發(fā)明所述的一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置，包括沿光路方向依次放置的前置成像物鏡1、光闌2、準(zhǔn)直物鏡3、偏振調(diào)制系統(tǒng)4、Sagnac干涉器5、后置成像物鏡6和探測(cè)器7;前置成像物鏡I的成像面與準(zhǔn)直物鏡3的前焦面重合，且在前置成像物鏡I的成像面上放置光闌2;探測(cè)器7的靶面位于后置成像物鏡6的像面位置;其中偏振調(diào)制系統(tǒng)包括沿光路依次放置的第一鐵電液晶41、第一相位延遲片42、第二鐵電液晶43、第二相位延遲片44和線偏振器45;所有光學(xué)元件相對(duì)于基底同軸等高，即相對(duì)于光學(xué)平臺(tái)或儀器底座同軸等高。
[0020]光路走向如下:探測(cè)目標(biāo)發(fā)射或者反射的光通過(guò)前置成像物鏡1、光闌2、準(zhǔn)直物鏡3后，進(jìn)入由第一鐵電液晶41、第一相位延遲片42、第二鐵電液晶43、第二相位延遲片44和線偏振器45組成的偏振調(diào)制系統(tǒng)4，光束經(jīng)偏振調(diào)制系統(tǒng)4相位調(diào)制后，進(jìn)入Sagnac干涉器5進(jìn)行干涉調(diào)制，經(jīng)干涉偏振調(diào)制后由后置成像物鏡6成像在探測(cè)器7上，每一個(gè)物點(diǎn)成像在對(duì)應(yīng)的像元上;通過(guò)內(nèi)置掃描或者整體掃描，可以獲取目標(biāo)各點(diǎn)不同光程差下攜帶有干涉偏振信息的目標(biāo)圖像。
[0021 ] 一種基于FLC的高光譜全偏振成像裝置的成像方法，方法步驟如下:
步驟一:來(lái)自目標(biāo)各點(diǎn)的光進(jìn)入前置成像物鏡1，通過(guò)光闌2限制前置成像物鏡I的像面形狀和