[發明專利]一種圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置及探測方法

有效

• 申請號: 201710482098.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107367329B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 張淳民;李祺偉;顏廷昱;穆廷魁
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/447;G01J3/45
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 劉強

本發明公開了一種圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置及探測方法，沿入射光傳播方向，以主光軸方向依次設前置望遠系統，消色差波片陣列、起偏器、Savart偏光鏡、檢偏器、成像鏡陣列和面陣列CCD，通過消色差波片陣列對光譜及偏振信息進行四種調制，再通過起偏器、Savart偏光鏡和檢偏器組成偏振干涉儀得到調制后四個強度光譜干涉圖像，通過傅里葉變換精確復原出目標圖像、光譜和偏振態信息。克服了通道光譜技術測量Stokes矢量譜中復原光譜分辨率嚴重降低和復原光譜存在誤差畸變的缺點。且偏振光譜信息復原結果對儀器存在高斯噪聲及泊松噪聲具有免疫作用，提高了獲取干涉圖數據的信噪比，解決了常規測量方法譜元分時探測信噪比低，時效性差的問題。

技術領域

本發明屬于成像技術領域，涉及一種獲取裝置及探測方法，尤其是一種基于消色差波片陣列的圖像、光譜、偏振態一體化獲取裝置及探測方法。

背景技術

成像技術可以描述目標的形貌特征，光譜技術刻畫了物質與不同波長光的作用情況，偏振技術可以描述物質的散射與反射特性。在對目標的探測和認知過程中，同一目標的圖像、光譜和偏振態可以提供互補的多元信息，獲取這些信息可以幫助分析目標豐富的物理化學特性，從而實現對目標更加全面、準確、科學的認知，成像光譜偏振技術在大氣探測、航天遙感、地球資源普查、醫學診斷、軍事偵查、農業和海洋遙感等領域有廣泛和重要的應用。干涉成像光譜偏振技術作為一種新型的光學探測方法，可以同時獲取目標的二維圖像信息、圖像中每一點的光譜信息，以及每個光譜段的偏振信息，大大提高了光學探測獲取的信息量，為目標識別與探測提供了更加豐富的信息源，該技術目前國際上只有少數科研機構開展相關研究工作，且處于原理探索與實驗驗證階段，其技術手段尚未成熟。

成像光譜偏振技術按照其構成核心元件可以分為：基于聲光可調諧濾光片(Acoustooptic Tunable Filter，AOTF)、液晶可調諧濾光片(Liquid Crystal TunableFilter，LCTF)、狹縫色散、偏振光柵(Polarization Grating，PG)等器件的ISP，以及近年來發展起來的基于通道偏振光譜技術(Channeled Spectropolarimetry，CSP)的ISP。

基于AOTF的ISP中由于聲光器件本身對噪聲很敏感，所以獲取的目標圖像及偏振光譜信息信噪比較低。另一方面，由于其原理是利用AOTF進行光譜波段調節探測，因此光通量較低，且各光譜譜元的獲取方式為分時獲取，不利于光譜及偏振信息變化迅速的目標探測。相類似的還有基于LCTF的ISP，其原理為利用光強衰減的方式進行譜段選擇，因此仍然具有光通量低，光譜譜元分時獲取的弊端，同時該類ISP需要通過連續的4次測量才可獲得全Stokes參量譜，導致光信息獲取的時效性進一步降低。

基于狹縫色散的成像光譜儀已有成熟的發展，但其光路中的狹縫元件大幅降低了儀器光通量，導致獲取的光譜信噪比不高，同時光譜分辨率也受到限制，在引入偏振信息的探測后，其缺點更加突顯出來。

基于偏振光柵的ISP是近幾年新提出的一種新穎的目標圖像、光譜、偏振信息探測方式，目前仍處于原理研究及實驗優化階段，從文獻中可以獲知此類ISP光路簡潔，靜態探測等優點，但其元件加工難度較大，精度需求高，并且數據處理算法復雜，系統工程化的實現仍需進一步的原理優化。