[發明專利]快照式計算層析成像全偏振高光譜探測裝置

有效

• 申請號: 201310506929.7
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103592029A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 穆廷魁;張淳民;李祺偉;張霖;賈辰凌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

【技術領域】

本發明屬于光學遙感探測領域，涉及一種用于偏振光譜輻射探測領域的偏振光譜成像裝置，特別涉及一種可實時獲取二維目標的空間、高光譜、全Stokes偏振參數信息的快照式全偏振高光譜探測裝置。

【背景技術】

物體輻射的電磁波中含有目標的空間、光譜和偏振等重要遙感信息，不僅能用于反演目標的形態及物理化學等特性，還能去除背景噪聲提供高對比度的表面、形貌、陰影和粗糙度等信息。為使空間、光譜和偏振三維信息優勢互補，增強探測復雜背景中目標的能力，應運而生了集三維信息獲取技能于一體的新型前沿遙感探測技術：偏振光譜成像技術。其數據產品既可視為每個波長對應的多維偏振圖像，也視為每個偏振態對應的光譜圖像，對提高目標探測、識別及分類的效率和精準度具有一定潛力，在軍事偵察、地球資源普查、環境衛生監測、自然災害預報、大氣探測、天文觀測、機器視覺仿生、生物醫學診斷等諸多領域都將具有重要的應用價值和前景。

偏振光譜成像技術是一項新型的前沿遙感探測技術，其獨特的遙感探測優勢已引起國內外重要研究機構的重視。國外研究機構主要集中在美、日、歐等國家的重大工程項目依托單位、軍方、大學等。國內研究機構目前主要有安徽光機所、西安光機所、西安交通大學、西北工業大學、南京理工大學、北京航空航天大學等等，已報道的偏振光譜輻射探測技術各具特色。

偏振光譜成像技術是由偏振調制模塊和光譜分光模塊融合而成，后兩者自身工作特點決定著前者的特性。若按獲取二維空間目標的偏振和光譜信息的方式來分，偏振調制模塊和光譜分光模塊均可分為時序式和快照式兩大類。當前，大多數偏振光譜成像技術都采用時序掃描方式（如畫幅式、推掃式或窗掃式）獲取二維場景的偏振光譜圖像，需要從不同時刻獲取的多幀圖像數據中提取并重組二維空間目標的偏振光譜圖像。涉及的技術主要是將時序式偏振調制模塊與快照式光譜分光模塊結合，如文獻【1】；或者將時序式偏振調制模塊與時序式光譜分光模塊結合，如文獻【2】和中國發明專利“高光譜全偏振成像遙感系統”（授權公開號：CN1900740）【3】；或者將快照式偏振調制模塊與時序式光譜分光模塊結合：如中國發明專利申請“干涉光場成像高光譜全偏振探測裝置”（申請公開號：CN102680101A）【4】、中國發明專利“一種輕小型干涉成像光譜全偏振探測裝置”（授權公開號：CN101793559A）【5】、中國發明專利“靜態傅立葉變換干涉成像光譜全偏振探測裝置”（授權公開號：CN101806625A）【6】、中國發明專利申請“無源靜態三角共路干涉成像光譜全偏振探測裝置”（申請公開號：CN101799327A）【7】。

根據矢量雙向反射分布函數，外場遙感探測中二維空間目標的偏振光譜分布具有時間和角度效應。因此上述六種時序獲取技術的時間分辨率將受限，不適于動態或快速變化目標，大氣或周圍環境的不穩定性也會影響成像質量，還需要精確的空間定位系統。此外，對中國發明專利“一種輕小型干涉成像光譜全偏振探測裝置”（授權公開號：CN101793559A）【5】報道的時序推掃裝置而言，它是將不同時刻獲得的一維空間偏振光譜圖像合并為一幅二維空間偏振光譜圖像作為最終產品；不僅二維空間偏振光譜圖像的時間點難以界定，而且每一行偏振光譜圖像經歷的環境因素也不同；如果將其作為某一時刻的一幅二維空間偏振光譜圖像對目標進行分析略顯牽強。而對中國發明專利“靜態傅立葉變換干涉成像光譜全偏振探測裝置”（授權公開號：CN101806625A）【6】和中國發明專利申請“無源靜態三角共路干涉成像光譜全偏振探測裝置”（申請公開號：CN101799327A）【7】報道的時序窗掃系統而言，一個掃描周期獲取的多幀序列圖像中同一目標元對應的全部強度點為不同時間點獲取的，且相應的探測方位角也不同；因此，探測強度的變化將是光源變化與系統本身調制機理共同作用的結果；若將探測強度的變化視為純系統本身調制的結果，難以復原目標在某時刻某方位角的真實偏振光譜。由此可見，時差和方位角變化均可導致偏振光譜的非一致性問題，且在后期處理中是無法修正的，故時序掃描式的偏振光譜成像技術的實用價值不高。