[發明專利]快照式緊湊噪聲免疫型光場成像全偏振光譜探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201710097593.1
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106802184B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 穆廷魁;陳澤宇;張淳民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/447
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開一種快照式緊湊噪聲免疫型光場成像全偏振光譜探測裝置及方法，裝置包括物鏡、光場調制單元、微光學陣列、面陣探測器和數據采集處理顯示系統；物鏡、光場調制單元、微光學陣列和面陣探測器沿入射光向依次設置；光場調制單元置于物鏡的孔徑光闌位置，微光學陣列置于物鏡的像面位置，面陣探測器置于微光學陣列的后焦面上，并與數據采集處理顯示系統相連；光場調制單元包含偏振調制模塊和光譜濾光片陣列。本發明的裝置適用于探測動態或快變目標的全光信息、能有效地避免由目標變化、抖動噪聲、或環境變化等因素所帶來的負面影響，在天文觀測、空間探測、地球遙感、機器視覺及生物醫學診斷等領域具有潛在的應用價值。

技術領域

本發明屬于光學遙感探測領域，特別涉及一種偏振光譜成像裝置。

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，或者將時序式偏振調制模塊與時序式光譜分光模塊結合，或者將快照式偏振調制模塊與時序式光譜分光模塊結合。時序獲取技術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。

相比之下，將快照式偏振調制模塊與快照式光譜分光模塊有機融合，可以快速實時探測二維空間目標的偏振光譜圖像，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，因此快照式偏振光譜成像技術是當前和未來發展的主要方向，具有重要的應用潛力。當前的快照式全偏振光譜成像裝置主要是基于壓縮傳感和計算層析計算，不僅系統復雜，還需要繁重的數據重建反演算法。此外，當光學系統受高斯噪聲或光子噪聲影響時，現有偏振光譜成像技術探測到的Stokes偏振參數圖像的不能實現噪聲方差最小化，同時后三個Stokes參數(S₁，S₂，S₃)圖像的噪聲方差也各異，因此不能夠公平精確量化各Stokes偏振參數所占的權重。