[發(fā)明專利]一種離軸三反全譜段偏振光譜成像探測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110991949.2
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113701885B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 李英超;付強;劉壯;張濤;史浩東;王稼禹;柳帥;戰(zhàn)俊彤;姜會林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權代理有限公司 11385
• 代理人: 程華

1.一種離軸三反全譜段偏振光譜成像探測裝置，其特征在于，該成像探測裝置包括：離軸三反光學系統(tǒng)(1)、多譜段分光片(2)、長波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(3)、中波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(4)、近紅外偏振光譜成像探測系統(tǒng)(5)、可見光偏振光譜成像探測系統(tǒng)(6)和圖像融合處理系統(tǒng)(7)；

目標與背景多譜段光信息經(jīng)過離軸三反光學系統(tǒng)(1)進行接收；經(jīng)過多譜段分光片(2)實現(xiàn)長波、中波、近紅外、可見光多譜段光信息分離；長波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(3)、中波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(4)、近紅外偏振光譜成像探測系統(tǒng)(5)、可見光偏振光譜成像探測系統(tǒng)(6)，分別實現(xiàn)長波、中波、近紅外、可見光偏振光譜成像；

為了能同時接收目標多譜段偏振探測信息，采用離軸三反望遠系統(tǒng)接收目標光信息，使望遠系統(tǒng)的出瞳與偏振成像單元的入瞳銜接；通過不斷對系統(tǒng)結構參數(shù)進行優(yōu)化，同時與離軸望遠單元拼接，整體優(yōu)化和修改，最終設計出高質量的多譜段偏振光學成像系統(tǒng)；

長波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(3)與多譜段分光片(2)相連接；長波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(3)由長波二次成像透鏡(31)、長波光柵光譜分光片(32)、長波微偏振片陣列(33)、長波紅外探測器(34)組成，同軸依次排列，實現(xiàn)長波偏振光譜信息接收；

中波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(4)與多譜段分光片(2)相連接；中波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(4)由中波二次成像透鏡(41)、中波光柵光譜分光片(42)、中波微偏振片陣列(43)、中波紅外探測器(44)組成，同軸依次排列，實現(xiàn)中波偏振光譜信息接收；

近紅外偏振光譜成像探測系統(tǒng)(5)與多譜段分光片(2)相連接；近紅外偏振光譜成像探測系統(tǒng)(5)由近紅外二次成像透鏡(51)、近紅外光柵光譜分光片(52)、近紅外微偏振片陣列(53)、近紅外紅外探測器(54)組成，同軸依次排列，實現(xiàn)近紅外偏振光譜信息接收；

可見光偏振光譜成像探測系統(tǒng)(6)與多譜段分光片(2)相連接；可見光偏振光譜成像探測系統(tǒng)(6)由可見光二次成像透鏡(61)、可見光光柵光譜分光片(62)、可見光微偏振片陣列(63)、可見光紅外探測器(64)組成，同軸依次排列，實現(xiàn)可見光偏振光譜信息接收；

圖像融合處理系統(tǒng)(7)與中波偏振光譜成像探測系統(tǒng)(4)和近紅外偏振光譜成像探測系統(tǒng)(5)同時連接；圖像融合處理系統(tǒng)(7)由計算機系統(tǒng)(71)、處理算法(72)組成，實現(xiàn)多譜段偏振、光強、強度圖像信息融合與增強處理，并顯示出來；

處理算法(72)使用多參量圖像融合算法，多參量融合圖像算法主要分為4個部分：圖像配準(721)、圖像預處理(722)、圖像融合(723)、圖像輸出(724)，圖像配準(721)采用自適應FAST特征點檢測，EOH特征描述與特征點匹配實現(xiàn)；圖像預處理(722)利用小波變換對光譜信息和偏振信息進行多層小波分解，得到對應的低通分量和高通分量；圖像融合(723)采用不同的融合算法進行融合，得到最終的低頻融合分量和高頻融合分量，最后利用小波變換將低頻和高頻融合系數(shù)進行重構得到最終融合圖像；圖像輸出(724)實現(xiàn)多參量融合圖像的顯示；

處理算法(72)使用的強度、偏振、光譜解譯公式，采用Stokes矢量來描述光的偏振態(tài)，Stokes矢量由4個參數(shù)寫成下列矩陣形式：

其中，“”符號表示對時間的平均，其中S₀表示X方向和Y方向上的強度和，S₁為X方向與Y方向的強度差，S₂為+45°和-45°方向上的強度差，S₃用來表示是左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的分量之差；

偏振度DOP作為整個強度中完偏振光譜多參量探測光的比例，偏振角AOP表示輻射兩分量之間的相位差，分別用以下式表示：

偏振度：

偏振度：

2.根據(jù)權利要求1所述的離軸三反全譜段偏振光譜成像探測裝置，其特征在于，離軸三反光學系統(tǒng)(1)由離軸三反主鏡(11)、離軸三反次鏡(12)、離軸三反三鏡(13)組成，按照離軸三反位置放置，實現(xiàn)目標與背景多譜段偏振光譜光信息接收。

3.根據(jù)權利要求1所述的離軸三反全譜段偏振光譜成像探測裝置，其特征在于，多譜段分光片(2)由中長波-可見光近紅外分光片(21)、中長波光學透鏡組(22)、中波長波分光片(23)、可見光近紅外光學透鏡組(24)、可見光-近紅外分光片(25)組成，中長波光學透鏡組(22)、中波長波分光片(23)同軸排列，放置在中長波-可見光近紅外分光片(21)的透射方向；可見光近紅外光學透鏡組(24)、可見光-近紅外分光片(25)同軸排列，放置在中長波-可見光近紅外分光片(21)的反射方向，實現(xiàn)多譜段光信息分離。