[發(fā)明專利]基于微透鏡陣列的快照式光場(chǎng)-偏振成像儀及成像方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711347972.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN108107003A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金鵬;朱帥帥;林杰;張宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N21/21
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 曹徐婷

本發(fā)明提出一種基于微透鏡陣列的快照式光場(chǎng)?偏振成像儀及成像方法，其結(jié)構(gòu)為：沿光線方向依次設(shè)置的物鏡、視場(chǎng)光闌、分光器、成像鏡、光電探測(cè)器及信號(hào)處理部件一、準(zhǔn)直鏡、微透鏡陣列一、波片陣列、偏振片陣列、微透鏡陣列二以及光電探測(cè)器及信號(hào)處理部件二；在成像方法上，在不同波長(zhǎng)的子區(qū)域內(nèi)分別做目標(biāo)物的圖像以及深度重建，并計(jì)算其偏振，得到四維數(shù)據(jù)；將該四維數(shù)據(jù)和參考成像光路得到的高分辨率圖像進(jìn)行融合，得到目標(biāo)物高空間分辨率的四維數(shù)據(jù)立方體；本發(fā)明可以在探測(cè)器一次積分時(shí)間內(nèi)獲取目標(biāo)物的圖像、偏振以及深度四維信息；同時(shí)，利用參考成像光路得到的高分辨率圖像，可以提高四維數(shù)據(jù)立方體的空間分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及快照式多維成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微透鏡陣列的快照式光場(chǎng)-偏振成像儀及成像方法。

背景技術(shù)

自然界中的光攜帶九維信息，包括空間信息(x，y，z)、傳播角度波長(zhǎng)(λ)、偏振角度以及橢圓率(ψ，χ)，而傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)只捕捉了光的空間二維信息(x，y)。多維成像技術(shù)是一種不僅可以獲得目標(biāo)物的空間二維信息，還可以得到另外一維或多維信息的成像技術(shù)，在農(nóng)業(yè)、天文、生物檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了獲取目標(biāo)物的多維信息，目前大多數(shù)的系統(tǒng)采用掃描的方式。但這種方式并不適用于探測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，學(xué)者們提出了使用二維探測(cè)器并行獲取高維信息的方法，這種技術(shù)又被稱為快照式多維成像技術(shù)。

快照式偏振成像技術(shù)是一種在探測(cè)器一次積分時(shí)間內(nèi)獲取目標(biāo)物圖像和偏振信息的成像技術(shù)。光線的偏振態(tài)可以由角度ψ和橢圓率χ來(lái)表示，在實(shí)際應(yīng)用中，人們更多的使用斯托克斯矢量來(lái)表示光線的偏振態(tài)：

S0＝I

S1＝Ipcos2ψcos2χ

S2＝Ipsin2ψcos2χ

S3＝Ipsin2χ

式中[S0，S1，S2，S3]T為光線的斯托克斯矢量；I為光強(qiáng)；p為偏振度。為并行獲取目標(biāo)物的圖像和偏振信息，Viktor Gruev等人于2010年提出一種基于納米線濾波器的偏振成像探測(cè)器，該探測(cè)器是在傳統(tǒng)CCD上覆蓋了一層納米線濾波器陣列，每個(gè)子濾波器相當(dāng)于一片偏振片，并與CCD的單個(gè)像素相對(duì)應(yīng)。濾波器陣列中有四種不同的子濾波器，偏振方向分別為0°、45°、90°和135°。該探測(cè)器結(jié)構(gòu)緊湊，但是該技術(shù)僅獲得了來(lái)自目標(biāo)物光線的部分偏振信息，即斯托克斯矢量中的[S0，S1，S3]T。類似的技術(shù)還有Oliva提出的基于雙渥拉斯頓棱鏡的快照式偏振成像儀，Brent D.Bartlett等人提出的基于光場(chǎng)相機(jī)的快照式偏振成像儀等等。與上述技術(shù)不同，Kazuhiko Oka于2003年提出了一種使用一系列雙折射棱鏡獲取目標(biāo)物的圖像以及全部偏振信息的成像技術(shù)，但該技術(shù)受制于色散對(duì)雙折射棱鏡的影響。2012年，Michael W.Kudenov等人在Kazuhiko Oka的基礎(chǔ)上將雙折射棱鏡替換為一對(duì)偏振光柵，消除了色散對(duì)系統(tǒng)的影響。