专利名称：一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置，属于光电成像技术领域。
背景技术：
激光主动成像技术是利用主动发射激光照射目标，探测目标的反射回波信号，对目标进行成像，是目前唯一能够同时获取目标四维像的技术手段，具有很高的应用价值。条纹管激光雷达是一种非扫描的主动成像技术，能够获得高分辨率的距离像和强度像，有着非扫描，视场角大，成像帧频高等优点，是最有希望实用化的激光雷达的一种。该技术无论是在军事上还是在民用上都有很高的应用价值，特别是该技术能够进行高帧频的非扫描成像，目前这种技术已经应用于海洋监测、地貌勘测等领域。现有的条纹管激光雷达成像技术都是在单一波段成距离像和强度像，没有目标的光谱信息和偏振信息，而光谱信息和偏振信息也是目标十分重要的信息，不同目标有着不同的光谱特性和偏振特性，为了达到更高精度的目标识别，本发明将多光谱技术和偏振探测技术同时应用于条纹管激光雷达系统。多光谱成像技术不同于传统的单一宽波段成像技术，它将成像技术和光谱测量技术结合在一起，获取的信息不仅包括二维空间信息，还包含随波长分布的光谱辐射信息，形成所谓的“数据立方体”，丰富的目标光谱信息结合目标空间影像极大地提高了目标探测的准确性、扩展了传统探测技术的功能，是光电探测技术的一个质的飞跃。该技术最大的特点就是能够将工作光谱区精细划分为多个谱段，并同时在各谱段对目标场景成像探测。由于绝大多数物质都有其独特的辐射、反射或吸收光谱特征，因此根据探测器上探测到的目标物光谱分布特征，可以准确地分辨像素所对应的目标成分。偏振成像技术是结合偏振辐射成像技术和偏振测量技术，获得待测目标的偏振参数的灰度值，这样可以增强所获取待测目标的信息量。偏振信息是不同于辐射信息的物体信息的另一种表征，相同辐射的物体可能有不同的偏振度，因而使用偏振成像技术可以分辨普通图像难以分辨的颜色和反射率相近的物体，因此，偏振成像探测技术无论在军事上还是在民用上都有广泛的应用前景。如果将多光谱探测技术和偏振探测技术应用于条纹管激光雷达，不仅可以得到目标的距离和强度信息，还可以得到目标的光谱和偏振信息，可以实现更高精度的目标探测。
发明内容
本发明是为了解决目前条纹管激光雷达只在单一波段成距离和强度像的问题，将多光谱探测技术和偏振探测技术同时应用于条纹管激光雷达，提出一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置，该装置包括多波长激光器、 扩束棱镜、望远镜、成像透镜、条纹管、C⑶相机、计算机、第一组多波长分光系统、第二组多波长分光系统和偏振光分光系统；其中，第一组多波长分光系统由第一反射滤光片和第一全反射镜构成，第二组多波长分光系统由第二反射滤光片和第二全反射镜构成，偏振光分光系统由1/4波片和渥拉斯顿棱镜构成；所述的多波长激光器发射混合多波长激光束；所述的条纹管的阴极附有四条狭缝，从上至下依次为第一条狭缝、第二条狭缝、第三条狭缝和第四条狭缝；所述的第一反射滤光片和第二反射滤光片与多波长激光器发射的混合多波长激光束波长相匹配。工作过程为多波长激光器发射混合多波长激光束，混合多波长激光束通过扩束棱镜扩束后入射至待测目标并被待测目标反射后获得多波长的散射光，多波长的散射光经望远镜接收并汇聚至偏振光分光系统，偏振光分光系统中的1/4波片将多波长的散射光变成多波长线偏振光，多波长线偏振光再经过偏振光分光系统中渥拉斯顿棱镜的分光作用变成光矢量相互垂直的多波长线偏振光ο光和e光，其中ο光矢量的振动方向和主平面垂直， e光矢量的振动方向和主平面平行；成像透镜将两束相互垂直的多波长线偏振光ο光和e 光分别进行汇聚，然后入射至第一组多波长分光系统和第二组多波长分光系统进行分光， 多波长线偏振光ο光经过第一组多波长分光系统的第一反射滤光片，其中一个波长的光透过第一反射滤光片汇聚在条纹管的第一条狭缝的光电阴极上，另一波长的光经过第一组多波长分光系统的第一全反射镜全反射后汇聚在条纹管的第二条狭缝的光电阴极上，多波长线偏振光e光经过第二组多波长分光系统的第二反射滤光片，其中一个波长的光透过第二反射滤光片汇聚在条纹管的第三条狭缝的光电阴极上，另一波长的光经过第二组多波长分光系统的第二全反射镜全反射后汇聚在第四条狭缝的光电阴极上，四条狭缝上的光电子经过条纹管后，在条纹管的荧光屏上激发荧光，并在CCD相机上形成条纹图像，形成的条纹图像送入计算机处理后重构出带有待测目标光谱信息和偏振信息的三维图像；上述的CCD相机与条纹管的荧光屏耦合，CCD相机的电信号输出端与计算机相连。有益效果本发明将多光谱探测技术和偏振成像探测技术应用于条纹管激光雷达成像装置中，不仅可以得到目标的距离信息和强度信息，还可以得到目标的光谱信息和偏振信息，可以对目标实现更高精度的探测，尤其适用于军事上多种不同光谱特性和偏振特性的伪装目标探测。
图1是实施例中多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置结构示意图；其中，1-多波长激光器，2-扩束棱镜，3-望远镜，4-1/4波片，5_渥拉斯顿棱镜， 6-成像透镜，7-第一反射滤光片，8-第一全反射镜，9-条纹管，10-CXD相机，11-计算机， 12-第一组多波长分光系统、13-第二组多波长分光系统，14-偏振光分光系统，15-第一条狭缝，16-第二条狭缝，17-第三条狭缝，18-第四条狭缝，19-第二反射滤光片，20-第二全反射镜，21-待测目标。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实施例
一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置，如图1所示，该装置包括多波长激光器1、扩束棱镜2、望远镜3、成像透镜6、条纹管9、CXD相机10、计算机11、第一组多波长分光系统12、第二组多波长分光系统13和偏振光分光系统14 ；其中，第一组多波长分光系统 12由第一反射滤光片7和第一全反射镜8构成，第二组多波长分光系统13由第二反射滤光片19和第二全反射镜20构成，偏振光分光系统14由1/4波片4和渥拉斯顿棱镜5构成；所述的多波长激光器1为多波长YAG激光器，发射出λ 1和λ 2的混合多波长激光束，其中，λ 1 = 1064nm、λ 2 = 532nm ；所述的第一反射滤光片7可以让波长为λ 2的光束透过，让波长为λ 1的光束反射；第一全反射镜8将波长为λ 1的光束全部反射；所述的第二反射滤光片19可以让波长为λ 2的光束透过，让波长为λ 1的光束反射；第二全反射镜20将波长为λ 1的光束全部反射；所述的条纹管9的阴极附有四条狭缝，从上至下依次为第一条狭缝15、第二条狭缝16、第三条狭缝17和第四条狭缝18 ；工作过程为多波长激光器1发射出λ 1和λ 2的混合多波长激光束，混合多波长激光束通过扩束棱镜2扩束后入射至待测目标21并被待测目标21反射后获得多波长的散射光，多波长的散射光经望远镜3接收并汇聚至偏振光分光系统14，偏振光分光系统14中的1/4波片4将多波长的散射光变成多波长线偏振光，多波长线偏振光再经过偏振光分光系统14中渥拉斯顿棱镜5的分光作用变成光矢量相互垂直的多波长线偏振光ο光和e光， 其中ο光矢量的振动方向和主平面垂直，e光矢量的振动方向和主平面平行，成像透镜6将两束相互垂直的多波长线偏振光ο光和e光分别进行汇聚，然后入射至第一组多波长分光系统12和第二组多波长分光系统13进行分光，多波长线偏振光ο光经过第一组多波长分光系统12的第一反射滤光片7，其中波长为λ 2的光束透过第一反射滤光片7汇聚在条纹管9的第一条狭缝15的光电阴极上，波长为λ 1的光束经过第一组多波长分光系统12的第一全反射镜8全反射后汇聚在条纹管9的第二条狭缝16的光电阴极上，多波长线偏振光 e光经过第二组多波长分光系统13的第二反射滤光片19，其中波长为λ 2的光透过第二反射滤光片19汇聚在条纹管9的第三条狭缝17的光电阴极上，波长为λ 1的光经过第二组多波长分光系统13的第二全反射镜20全反射后汇聚在第四条狭缝18的光电阴极上，四条狭缝上的光电子经过条纹管9后，在条纹管9的荧光屏上激发荧光，并在CCD相机10上形成条纹图像，第一条狭缝15和第三条狭缝17的条纹图像可以合成波长为λ 2的光束的偏振度条纹图像，第二条狭缝16和第四条狭缝18的条纹图像可以合成波长为λ 1的光束的偏振度条纹图像，再分别将这两幅条纹图像送入计算机处理后重构出带有待测目标21光谱信息和偏振信息的三维图像；上述的CXD相机10与条纹管9的荧光屏耦合，CXD相机10的电信号输出端与计算机11相连。工作原理多波长激光器1发射的多波长激光束由波长分别为λ 1、λ 2的激光束复合而成，用St表示；多波长激光束经扩束棱镜2扩束后入射至待测目标21，待测目标21 的偏振特性用Mueller矩阵Mt表示，Mt由目标的偏振特性决定；多波长激光束在待测目标 21上散射后获得多波长散射光，用民表示；其中民=MtSt,即待测目标21的散射光携带了待测目标21的偏振信息，望远镜3将多波长散射光收集至1/4波片4，多波长散射光经过1/4波片4后变成线偏振光，再经过渥拉斯顿棱镜5分光，变成光矢量相互垂直的多波长偏振光ο光和e光，成像透镜6将两束相互垂直的线偏振光ο光和e光分别进行汇聚，然后入射至第一组多波长分光系统12和第一组多波长分光系统13进行分光，多波长线偏振光ο 光经过第一组多波长分光系统12的第一反射滤光片7后，其中波长为λ 2的光束透过第一反射滤光片7汇聚在条纹管9的第一条狭缝15的光电阴极上，波长为λ 1的光束经过第一组多波长分光系统12的第一全反射镜8全反射后汇聚在条纹管9的第二条狭缝16的光电阴极上，多波长线偏振光e光经过第二组多波长分光系统13的第二反射滤光片19，其中波长为λ 2的光透过第二反射滤光片19汇聚在条纹管9的第三条狭缝17的光电阴极上，波长为λ 1的光经过第二组多波长分光系统13的第二全反射镜20全反射后汇聚在第四条狭缝18的光电阴极上，四条狭缝上的光电子经过条纹管9后，在条纹管9的荧光屏上激发荧光，并在CCD相机10上形成四条条纹图像，第一条狭缝15和第三条狭缝17的条纹图像可以合成波长为λ 2的光束的偏振度图像，第二条狭缝16和第四条狭缝18的条纹图像可以合成波长为λ 1的光束的条纹图像，再分别将这两幅条纹图像重构，就可以得到不仅含有目标距离和强度信息，而且还含有目标光谱信息和偏振信息的图像。
权利要求
1. 一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置，其特征在于包括多波长激光器(1)、扩束棱镜(2)、望远镜(3)、成像透镜(6)、条纹管(9)、CCD相机(10)、计算机(11)、第一组多波长分光系统(12)、第二组多波长分光系统(13)和偏振光分光系统(14)；其中，第一组多波长分光系统(12)由第一反射滤光片(7)和第一全反射镜(8)构成，第二组多波长分光系统(13)由第二反射滤光片(19)和第二全反射镜00)构成，偏振光分光系统(14)由1/4 波片(4)和渥拉斯顿棱镜( 构成；所述的多波长激光器(1)发射混合多波长激光束；所述的条纹管(9)的阴极附有四条狭缝，从上至下依次为第一条狭缝(15)、第二条狭缝(16)、第三条狭缝(17)和第四条狭缝(18)；所述的第一反射滤光片(7)和第二反射滤光片(19)与多波长激光器(1)发射的混合多波长激光束波长相匹配；多波长激光器(1)发射混合多波长激光束，混合多波长激光束通过扩束棱镜(2)扩束后入射至待测目标并被待测目标反射后获得多波长的散射光，多波长的散射光经望远镜 (3)接收并汇聚至偏振光分光系统(14)，偏振光分光系统(14)中的1/4波片(4)将多波长的散射光变成多波长线偏振光，多波长线偏振光再经过偏振光分光系统(14)中渥拉斯顿棱镜(5)的分光作用变成光矢量相互垂直的多波长线偏振光ο光和e光，其中ο光矢量的振动方向和主平面垂直，e光矢量的振动方向和主平面平行；成像透镜(6)将两束相互垂直的多波长线偏振光ο光和e光分别进行汇聚，然后入射至第一组多波长分光系统(1 和第二组多波长分光系统(1 进行分光，多波长线偏振光ο光经过第一组多波长分光系统(12) 的第一反射滤光片(7)，其中一个波长的光透过第一反射滤光片(7)汇聚在条纹管(9)的第一条狭缝(1 的光电阴极上，另一波长的光经过第一组多波长分光系统(1 的第一全反射镜(8)全反射后汇聚在条纹管(9)的第二条狭缝(16)的光电阴极上，多波长线偏振光 e光经过第二组多波长分光系统(1 的第二反射滤光片(19)，其中一个波长的光透过第二反射滤光片(19)汇聚在条纹管(9)的第三条狭缝(17)的光电阴极上，另一波长的光经过第二组多波长分光系统(13)的第二全反射镜00)全反射后汇聚在第四条狭缝(18)的光电阴极上，四条狭缝上的光电子经过条纹管(9)后，在条纹管(9)的荧光屏上激发荧光，并在C⑶相机(10)上形成条纹图像，形成的条纹图像送入计算机处理后重构出带有待测目标光谱信息和偏振信息的三维图像；上述的CCD相机(10)与条纹管(9)的荧光屏耦合，CCD相机(10)的电信号输出端与计算机(11)相连。
全文摘要
本发明涉及一种多光谱条纹管激光雷达偏振成像装置，属于光电成像技术领域。包括多波长激光器、扩束棱镜、望远镜、成像透镜、条纹管、CCD相机、计算机、反射滤光片、全反射镜和偏振光分光系统；偏振光分光系统由1/4波片和渥拉斯顿棱镜构成；条纹管的阴极附有四条狭缝，反射滤光片与多波长激光器发射的混合多波长激光束波长相匹配。本发明将多光谱探测技术和偏振成像探测技术应用于条纹管激光雷达成像装置中，不仅可以得到目标的距离信息和强度信息，还可以得到目标的光谱信息和偏振信息，可以对目标实现更高精度的探测，尤其适用于军事上多种不同光谱特性和偏振特性的伪装目标探测。
文档编号G01S7/481GK102253393SQ20111010012
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者赵文, 韩绍坤, 马晨宁 申请人:北京理工大学