[發明專利]快照式全偏振成像探測裝置

有效

• 申請號: 201310700619.9
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103698014A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 穆廷魁;張淳民;李祺偉;賈辰凌;魏宇童;陳清穎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J4/00
• 分類號: G01J4/00;G02B27/28
• 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，涉及一種用于偏振輻射探測領域的偏振成像裝置，特別涉及一種可實時獲取二維空間目標全偏振信息的快照式全偏振成像探測裝置。

【背景技術】

物體反射的電磁波中含有重要偏振遙感信息，不僅能用于去除背景噪聲，提供高對比度的表面、形貌、陰影和粗糙度等信息，還可以用于反演目標的尺寸、濃度等物理化學特性。偏振成像是一種同時獲取目標空間和偏振信息先進遙感探測技術，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。雖然偏振成像技術是一項新型的前沿遙感探測技術，但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，已報道的偏振輻射探測技術各具特色。

全偏振成像探測的主要原理首先是探測各偏振分量（0°、90°、±45°、左旋和右旋圓偏振分量）對應的二維圖像（I₀、I₉₀、I±₄₅、I_L、I_R），然后進行反演得到全Stokes參數的偏振圖像（S₀=I₀+I₉₀、S₁=I₀–I₉₀、S₂=I₄₅–I_-45、S₃=I_L–I_R）。全偏振成像技術是由全偏振調制模塊和成像模塊融合而成，全偏振調制模塊的工作方式決定著系統的工作特性。若按獲取二維空間目標的全偏振信息的方式來分，可分為時序式和快照式偏振成像兩大類。當前，大多數偏振成像技術都采用時序獲取方式（如旋轉元件型和電調諧元件型）獲取二維場景的偏振圖像，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圖像。根據矢量形式的雙向反射分布函數，外場遙感探測中二維空間目標的偏振輻射分布具有時間門和方位角效應。因此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會影響成像質量，需要精確的空間定位系統。

相比之下，發展快照式偏振成像技術則是大勢所趨，它可以實時探測目標在特定時刻特定方位角的偏振光譜分布，不僅提高了工作效率，還可有效避免多次測量時因環境變化而帶來的影響。文獻【1】曾報道了一種基于偏振立方體分束器和波片組合的快照式全偏振成像裝置，該裝置體積龐大，且偏振立方體分束器的消光比不高，難以實現偏振信息的精確編解碼。最近，文獻【2】曾報道了一種利用偏振片陣列和延遲器陣列組合的四分區方案實現全偏振信息的獲取，但是偏振片陣列通常由為二向色性偏振片、線柵偏振片、極化偏振片等組成，消光比也相對較低。渥拉斯頓棱鏡是一種具有比較流行的偏振分束器，它分開的兩束光的消光比可達10^-5，常被用于偏振探測領域。文獻【3】曾報道了一種采用單渥拉斯頓棱鏡的快照式線偏振成像儀，系統一次曝光只能獲取0°和90°偏振分量對應的二維圖像。文獻【4】曾報道了一種基于雙渥拉斯頓棱鏡組合的一維圖像快照獲取裝置，兩渥拉斯頓棱鏡的結構相反，由于利用一個成像鏡進行成像，因此它需要采用前置狹縫限制偏振通道之間的混淆，后焦面上的面陣探測器一次曝光獲可取0°、90°、±45°線偏振分量對應的一維圖像（平行于狹縫長度方向）。為了獲取全偏振信息，最近文獻【5】報道了一種基于三渥拉斯頓棱鏡組合的一維圖像快照獲取裝置，主要是在文獻【4】的裝置中引入另一個渥拉斯頓棱鏡和延遲器的組合，且三個渥拉斯頓棱鏡的結構各不相同，一次曝光在成像鏡后焦面上可獲取0°、90°、±45°、左旋和右旋圓偏振分量對應的一維圖像（平行于狹縫長度方向）。對于上述兩種裝置，為了獲取另一維相應偏振圖像（垂直于狹縫長度方向），目標和系統之間需要相對移動，往往采用推掃模式獲取數據，因此二維數據的不是同時得到的，難以真實反映特定時刻特定方位角下二維空間目標的偏振輻射分布信息。

參考文獻