一種偏振干涉成像光譜系統(tǒng)及其成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種偏振干涉成像光譜系統(tǒng)及其成像方法，特別是一種基于微透鏡陣列和savart偏光鏡的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)及其成像方法，屬于基于微透鏡陣列和savart偏光鏡的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)及其成像方法的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]成像光譜技術(shù)和偏振技術(shù)是光學(xué)目標(biāo)探測(cè)中兩種重要的技術(shù)手段，分別通過感知空間、強(qiáng)度、光譜和偏振等信息對(duì)目標(biāo)屬性進(jìn)行深層次判斷，反演目標(biāo)的物理化學(xué)屬性，有效地消除背景噪聲，增強(qiáng)物體的可見性，還能根據(jù)偏振度和偏振角等參數(shù)反演目標(biāo)尺寸、折射率、濃度分布等信息。因此融合光譜和偏振信息的成像探測(cè)技術(shù)能有效利用兩者的互補(bǔ)性，顯著提高目標(biāo)在復(fù)雜背景環(huán)境中被有效識(shí)別的能力。由此發(fā)展起來的成像光譜偏振技術(shù)(Imaging Spectropolarimeter, ISP)，集合了成像儀、光譜儀和偏振儀的功能，為目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別提供更加豐富的信息源，在天氣、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、地球環(huán)境等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。ISP技術(shù)主要是在現(xiàn)有成像光譜技術(shù)基礎(chǔ)上，利用自身器件已有的偏振選擇特性或通過加入偏振組件引入偏振信息探測(cè)。ISP技術(shù)在過去十幾年間得到了快速發(fā)展，很多學(xué)者提出各種類型的成像光譜偏振儀，比如色散型偏振成像光譜儀、空間調(diào)制偏振干涉成像光譜儀、基于濾光片的偏振成像光譜儀。但是，這些方案都有其各自的局限，它們具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和電調(diào)諧器件，這不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且不能同時(shí)獲得四維的偏振信息和兩維空間信息及一維光譜信息，其光通量也不夠大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種偏振干涉成像光譜系統(tǒng)。本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且具有寬光譜和高通量。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于提供一種偏振干涉成像光譜系統(tǒng)的成像方法。本發(fā)明能同時(shí)獲得物體的兩維空間信息、一維光譜信息及四維偏振信息，以及同一線偏振態(tài)的多個(gè)干涉子圖像。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)，包括有微透鏡陣列、準(zhǔn)直鏡、第一偏振陣列、savart偏光鏡組、第二偏振陣列、成像透鏡、CXD探測(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)，其中目標(biāo)光源入射微透鏡陣列，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡形成平行光，再經(jīng)過第一偏振陣列形成線偏振光，Savart偏光鏡組將線偏振光束分成兩束線偏振平行光，再經(jīng)過第二偏振陣列形成偏振方向相同的線偏振光，最后通過成像透鏡聚合在CCD探測(cè)器上，形成干涉圖，CCD探測(cè)器上形成的干涉圖輸入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖。
[0006]本發(fā)明偏振干涉成像光譜系統(tǒng)的成像方法，包括如下步驟:
1)探測(cè)目標(biāo)入射微透鏡陣列后，形成N個(gè)攜帶相同信息的子圖像；
2)再經(jīng)過準(zhǔn)直鏡形成平行光；
3)平行光入射第一偏振陣列，第一偏振陣列由四個(gè)共面的線偏振器組成，故平行光經(jīng)過具有四種線偏振方向的共面線偏振陣列后產(chǎn)生線偏振光，每個(gè)線偏振方向都有N/4個(gè)偏振信息相同的子圖像；
4)帶有線偏振信息的光束進(jìn)入上下分布的兩塊Savart偏光鏡，每個(gè)子圖像被Savart偏光鏡分成兩束平行光，再經(jīng)過第二偏振陣列，因第二偏振陣列由兩個(gè)共面的線偏振器組成，故兩束平行光經(jīng)過兩個(gè)共面的線偏振器后形成偏振方向相同的兩束平行光；
5)線偏振平行光束經(jīng)過成像透鏡聚合在CCD探測(cè)器上，從而在CCD探測(cè)器7上形成干涉圖；
6)在CCD探測(cè)器上形成的干涉圖輸入至信號(hào)處理系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)從收到的電信號(hào)中提取出在各偏振態(tài)下目標(biāo)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干涉數(shù)據(jù)，對(duì)干涉數(shù)據(jù)其進(jìn)行傅里葉變換，從而得到目標(biāo)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的四組不同偏振態(tài)信息。
[0007]本發(fā)明提出了一種基于微透鏡和savart偏光鏡的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)及其成像方法。本發(fā)明很好地將微透鏡陣列和savart偏光鏡結(jié)合起來構(gòu)成新型偏振干涉成像光譜儀，實(shí)現(xiàn)同步獲取四維偏振信息及同時(shí)獲得多個(gè)偏振干涉子圖像，還能獲取兩維空間信息及一維光譜信息。本發(fā)明成像光譜系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且具有寬光譜和高通量等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，沒有任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和電調(diào)諧器件的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)，本發(fā)明的成像方法能同時(shí)獲得物體的兩維空間信息、一維光譜信息及四維偏振信息，以及同一線偏振態(tài)的多個(gè)干涉子圖像。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明成像方法的流程圖。
[0009]圖2是本發(fā)明偏振干涉成像光譜系統(tǒng)的光路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例:
本發(fā)明偏振干涉成像光譜系統(tǒng)的光路圖如圖2所示，本發(fā)明的偏振干涉成像光譜系統(tǒng)，包括有微透鏡陣列1、準(zhǔn)直鏡2、第一偏振陣列3、savart偏光鏡組4、第二偏振陣列5、成像透鏡6、CCD探測(cè)器7、信號(hào)處理系統(tǒng)8，其中目標(biāo)光源入射微透鏡陣列I，經(jīng)過準(zhǔn)直鏡2形成平行光，再經(jīng)過第一偏振陣列3形成線偏振光，Savart偏光鏡組4將線偏振光束分成兩束線偏振平行光，再經(jīng)過第二偏振陣列5形成偏振方向相同的線偏振光，最后通過成像透鏡6聚合在CXD探測(cè)器7上，形成干涉圖，CXD探測(cè)器7上形成的干涉圖輸入信號(hào)處理系統(tǒng)8進(jìn)行處理得到帶有偏振信息的光譜圖。上述Savart偏光鏡是一種雙折射晶體，能夠?qū)⑷肷涞木€偏振光分成兩束平行光，再令兩束光干涉，從而獲得帶有偏振信息的干涉圖，在利用傅里葉變換獲得帶有偏振信息的光譜圖，利用Savart偏光鏡能夠大大簡(jiǎn)化干涉光譜儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)，且提高光通量，結(jié)合偏振陣列可以獲得多種線偏振態(tài)的信息;微透鏡陣列具有多孔徑成像的作用，通過微透鏡陣列將探測(cè)目標(biāo)同時(shí)分成多個(gè)子圖像。
[0011 ]本實(shí)施例中，上述第一偏振陣列3是由四個(gè)共面的線偏振器組成。
[0012]本實(shí)施例中，上述第一偏振陣列3中的線偏振器的線偏振方向從左上按順時(shí)針排列分別是0°、90。、-45。、45。ο
[0013]本實(shí)施例中，上述Savart偏光鏡組4是由兩塊Savart偏光鏡組成，上下各一塊。
[0014]本