本實(shí)用新型涉及偏振光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

偏振光譜成像技術(shù)融合了光譜成像技術(shù)和偏振技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)獲得目標(biāo)的空間信息、光譜以及偏振信息，是光學(xué)遙感和空間探測(cè)中重要的技術(shù)手段。

差分偏振光譜成像技術(shù)是由差分偏振成像技術(shù)發(fā)展而來(lái)。差分偏振成像技術(shù)僅獲得目標(biāo)正交偏振分量的偏振圖像，用以去除背景，提高目標(biāo)對(duì)比度，差分偏振光譜成像技術(shù)是將光譜成像技術(shù)與差分偏振成像技術(shù)相融合。目前，有基于光柵光譜儀的差分偏振光譜成像儀、基于聲光調(diào)諧濾光片的差分偏振光譜成像儀，這類光譜成像儀存在信噪比低、光譜帶通窄、機(jī)械結(jié)構(gòu)容易抖動(dòng)、分辨率低等缺點(diǎn)，并且只能探測(cè)靜態(tài)目標(biāo)；另外有基于偏振分光器件的差分偏振光譜成像儀，這類光譜成像儀雖然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、光譜帶通寬，但采集圖像時(shí)使用窗掃描，需要在時(shí)間段內(nèi)采集目標(biāo)的多次圖像，根據(jù)多次采集的圖像獲得目標(biāo)的偏振光譜測(cè)量結(jié)果，屬于時(shí)空調(diào)制型，也無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本實(shí)用新型提供一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、光譜帶通寬、光譜分辨率高等特點(diǎn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)探測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，包括沿光路方向依次布置的：

用于接收目標(biāo)物發(fā)出的光并對(duì)入射光進(jìn)行準(zhǔn)直的透鏡組；

用于產(chǎn)生目標(biāo)物的N個(gè)子圖像的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括以陣列形式排布的N個(gè)微透鏡，N為大于零的正整數(shù)；

用于將每一子圖像光分成振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的兩束具有預(yù)設(shè)光程差的線偏振光的雙折射分光系統(tǒng)；

用于將每一分量的兩束線偏振光形成的干涉光匯聚到光電探測(cè)器的成像透鏡；

所述光電探測(cè)器；

與所述光電探測(cè)器相連的、用于將所述光電探測(cè)器獲取的N個(gè)由平行分量形成的干涉圖像以及N個(gè)由垂直分量形成的干涉圖像進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖的數(shù)據(jù)處理器。

可選地，所述雙折射分光系統(tǒng)包括：

用于將每一子圖像光分成振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量的雙折射偏光鏡；

用于將每一子圖像光的每一分量分成振動(dòng)方向正交的兩束線偏振光的雙折射棱鏡對(duì)；

用于將每一線偏振光的偏振方向轉(zhuǎn)化的線偏振元件。

可選地，所述雙折射偏光鏡包括相互貼合的具有第一光軸方向的第一偏光板和具有第二光軸方向的第二偏光板，第一光軸方向在xy平面的投影與第二光軸方向在xy平面的投影的夾角為90度；

所述雙折射棱鏡對(duì)的光軸與x軸的夾角分別為0度和90度；

所述線偏振元件的偏振方向與所述雙折射偏光鏡的任意一個(gè)光軸方向平行；

沿入射光傳播的方向?yàn)閦軸方向，垂直于z軸方向的豎直方向?yàn)閥軸方向，垂直于z軸方向的水平方向?yàn)閤軸方向，x軸、y軸、z軸三者符合右手螺旋定則。

可選地，所述光電探測(cè)器的光感應(yīng)面位于所述成像透鏡的焦平面上。

可選地，所述透鏡組為望遠(yuǎn)透鏡組。

可選地，所述光電探測(cè)器包括CCD探測(cè)器。

可選地，所述數(shù)據(jù)處理器為計(jì)算機(jī)。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型所提供的偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，包括沿光路方向依次布置的透鏡組、微透鏡陣列、雙折射分光系統(tǒng)、成像透鏡、光電探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理器。目標(biāo)物發(fā)出的光經(jīng)透鏡組轉(zhuǎn)換為平行光，經(jīng)過(guò)微透鏡陣列形成N個(gè)攜帶相同信息的子圖像；每一子圖像光經(jīng)過(guò)雙折射分光系統(tǒng)，被分為振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的兩束具有預(yù)設(shè)光程差的線偏振光；每一子圖像光的平行分量對(duì)應(yīng)的兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器，形成平行分量的干涉圖像，每一子圖像光的垂直分量對(duì)應(yīng)的兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器，形成垂直分量的干涉圖像；數(shù)據(jù)處理器將N個(gè)平行分量的干涉圖像以及N個(gè)垂直分量的干涉圖像進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖。

本實(shí)用新型偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，同時(shí)獲得N個(gè)平行分量的干涉圖像和N個(gè)垂直分量的干涉圖像，根據(jù)N個(gè)平行分量的干涉圖像和N個(gè)垂直分量的干涉圖像，處理獲得目標(biāo)物的帶有偏振信息的光譜圖。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)探測(cè)，并且所述偏振干涉光譜成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、光譜帶通寬、光譜分辨率高等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型又一實(shí)施例提供的一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)的示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中雙折射偏光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中雙折射棱鏡對(duì)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1，為實(shí)用新型本實(shí)施例提供的一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)的示意圖，本實(shí)施例偏振干涉光譜成像系統(tǒng)包括沿光路方向依次布置的：

用于接收目標(biāo)物發(fā)出的光并對(duì)入射光進(jìn)行準(zhǔn)直的透鏡組10；

用于產(chǎn)生目標(biāo)物的N個(gè)子圖像的微透鏡陣列11，所述微透鏡陣列11包括以陣列形式排布的N個(gè)微透鏡，N為大于零的正整數(shù)；

用于將每一子圖像光分成振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的兩束具有預(yù)設(shè)光程差的線偏振光的雙折射分光系統(tǒng)12；

用于將每一分量的兩束線偏振光形成的干涉光匯聚到光電探測(cè)器14的成像透鏡13；

所述光電探測(cè)器14；

與所述光電探測(cè)器14相連的、用于將所述光電探測(cè)器14獲取的N個(gè)由平行分量形成的干涉圖像以及N個(gè)由垂直分量形成的干涉圖像進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖的數(shù)據(jù)處理器15。

本實(shí)施例提供的偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，包括沿光路方向依次布置的透鏡組10、微透鏡陣列11、雙折射分光系統(tǒng)12、成像透鏡13、光電探測(cè)器14和數(shù)據(jù)處理器15。目標(biāo)物發(fā)出的光由透鏡組進(jìn)入成像系統(tǒng)，經(jīng)透鏡組轉(zhuǎn)換為平行光，經(jīng)過(guò)微透鏡陣列形成N個(gè)攜帶相同信息的子圖像；每一子圖像光經(jīng)過(guò)雙折射分光系統(tǒng)，每一子圖像光被分為振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的兩束具有預(yù)設(shè)光程差的線偏振光；每一子圖像光的平行分量對(duì)應(yīng)的兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器，形成每一子圖像平行分量的干涉圖像，每一子圖像光的垂直分量對(duì)應(yīng)的兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器，形成每一子圖像垂直分量的干涉圖像；數(shù)據(jù)處理器將N個(gè)平行分量的干涉圖像以及N個(gè)垂直分量的干涉圖像進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖。

本實(shí)施例偏振干涉光譜成像系統(tǒng)，能同時(shí)獲得N個(gè)平行分量的干涉圖像和N個(gè)垂直分量的干涉圖像，根據(jù)N個(gè)平行分量的干涉圖像和N個(gè)垂直分量的干涉圖像，處理獲得目標(biāo)物的帶有偏振信息的光譜圖。因此能夠?qū)?dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行成像，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)探測(cè)，且所述偏振干涉光譜成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、光譜帶通寬、光譜分辨率高等特點(diǎn)。

下面對(duì)本實(shí)施例偏振干涉光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例提供的偏振干涉光譜成像系統(tǒng)包括透鏡組10、微透鏡陣列11、雙折射分光系統(tǒng)12、成像透鏡13、光電探測(cè)器14和數(shù)據(jù)處理器15。本實(shí)施例中定義：沿入射光傳播的方向?yàn)閦軸方向，垂直于z軸方向的豎直方向?yàn)閥軸方向，垂直于z軸方向的水平方向?yàn)閤軸方向，x軸、y軸、z軸三者符合右手螺旋定則。

其中，透鏡組10用于接收目標(biāo)物發(fā)出的光并對(duì)入射光進(jìn)行準(zhǔn)直，使目標(biāo)物發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡組轉(zhuǎn)換為平行光。所述透鏡組10可以是望遠(yuǎn)透鏡組，該成像系統(tǒng)能夠進(jìn)行遙感探測(cè)。

所述微透鏡陣列11包括以陣列形式排布的N個(gè)微透鏡，平行光經(jīng)過(guò)微透鏡陣列11后，形成目標(biāo)物的N個(gè)攜帶相同信息的子圖像。

本實(shí)施例中，參考圖2所示，所述雙折射分光系統(tǒng)12包括：

用于將每一子圖像光分成振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量的雙折射偏光鏡120；

用于將每一子圖像光的每一分量分成振動(dòng)方向正交的兩束線偏振光的雙折射棱鏡對(duì)121；

用于將每一線偏振光的偏振方向轉(zhuǎn)化的線偏振元件122。

具體的，本實(shí)施例中所述雙折射偏光鏡120為薩瓦爾偏光鏡，雙折射偏光鏡120包括相互貼合的具有第一光軸方向的第一偏光板和具有第二光軸方向的第二偏光板，第一光軸方向在xy平面的投影與第二光軸方向在xy平面的投影的夾角為90度，可參考圖3所示，圖3為本實(shí)施例中雙折射偏光鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭所指方向?yàn)楣廨S方向。每一子圖像光經(jīng)過(guò)所述雙折射偏光鏡被120分成振動(dòng)方向正交的平行分量和垂直分量，平行分量指平行于x軸方向的分量，垂直分量指垂直于x軸方向的分量。

所述雙折射棱鏡對(duì)121為渥拉斯頓棱鏡，所述雙折射棱鏡對(duì)121的光軸與x軸的夾角分別為0度和90度，可參考圖4所示，圖中箭頭所指方向?yàn)槔忡R的光軸方向。每一子圖像光的平行分量經(jīng)過(guò)雙折射棱鏡對(duì)121，被分成振動(dòng)方向正交的兩束線偏振光；每一子圖像光的垂直分量經(jīng)過(guò)雙折射棱鏡對(duì)121，被分成振動(dòng)方向正交的兩束線偏振光。

每一分量光的兩束線偏振光經(jīng)過(guò)雙折射棱鏡對(duì)121產(chǎn)生的光程差，與該分量光在雙折射棱鏡對(duì)上的入射位置的y坐標(biāo)值具有線性關(guān)系，光程差表達(dá)式為：Δ＝2(n_e-n_o)ytanθ，其中Δ表示光程差，n_e表示棱鏡中e光折射率、n_o表示棱鏡中o光折射率，θ表示棱鏡的楔角，y表示入射光入射位置的y坐標(biāo)。因此，對(duì)于N個(gè)子圖像光，入射到雙折射棱鏡的位置不同，相同分量的兩束線偏振光的光程差不同，可產(chǎn)生N個(gè)具有不同光程差的平行分量的干涉圖像和N個(gè)具有不同光程差的垂直分量的干涉圖像。

所述線偏振元件122的偏振方向與所述雙折射偏光鏡120的任意一個(gè)光軸方向平行。

每一子圖像光的平行分量的兩束線偏振光經(jīng)過(guò)線偏振元件122，轉(zhuǎn)化為與線偏振元件的偏振方向相同的線偏振光，兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器光感應(yīng)面，得到每一子圖像的平行分量的干涉圖像。每一子圖像光的垂直分量的兩束線偏振光經(jīng)過(guò)線偏振元件，轉(zhuǎn)化為偏振方向與線偏振元件相同偏振方向的線偏振光，兩束線偏振光形成的干涉光經(jīng)成像透鏡匯聚到光電探測(cè)器光感應(yīng)面，得到每一子圖像的垂直分量的干涉圖像。

本實(shí)施例中優(yōu)選的，所述光電探測(cè)器14的光感應(yīng)面位于所述成像透鏡13的焦平面上。

在光電探測(cè)器14的光感應(yīng)面上，對(duì)于每一子圖像，形成正交偏振分量的電場(chǎng)矢量的表達(dá)式分別如下：

其中，J_wp1+J_wp2e^i2πΔλ表示渥拉斯頓棱鏡的瓊斯矩陣，J_sp1和J_sp2表示薩瓦爾偏光鏡的瓊斯矩陣，J_LA表示線偏振元件的瓊斯矩陣，E_||表示目標(biāo)圖像的電場(chǎng)矢量的平行分量，E_⊥表示目標(biāo)圖像的電場(chǎng)矢量的垂直分量。

在光電探測(cè)器14的光感應(yīng)面上接收的正交偏振分量的兩幅干涉圖像表達(dá)式分別為：

對(duì)于N個(gè)子圖像光，由于入射到雙折射棱鏡的位置不同，不同子圖像之間的光程差是不相同，不同子圖像的相同分量的兩束線偏振光的光程差不同，即可產(chǎn)生N個(gè)具有不同光程差的平行分量的干涉圖像和N個(gè)具有不同光程差的垂直分量的干涉圖像。數(shù)據(jù)處理器根據(jù)得到的N個(gè)平行分量的干涉圖像和N個(gè)垂直分量的干涉圖像，對(duì)平行分量的干涉圖序列和垂直分量的干涉圖序列分別進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和重構(gòu)，得到目標(biāo)物的三維干涉圖像，再利用傅里葉變換反演出兩幅光譜圖，即正交偏振分量光譜圖，兩光譜圖像之差即為目標(biāo)物的差分偏振光譜圖像，兩光譜圖像之差與兩光譜圖像之和的比值即為目標(biāo)物的線偏振度光譜圖像。

本實(shí)施例中，所述光電探測(cè)器可采用CCD探測(cè)器。所述數(shù)據(jù)處理器15為計(jì)算機(jī)。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種偏振干涉光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。