一种基于对称楔形干涉腔的高光谱全偏振成像装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学目标探测领域，特别是一种基于对称模形干涉腔的高光谱全偏振 成像装置及成像方法。
【背景技术】
[0002] 干涉成像光谱技术主要包括时间调制型、空间调制型和时空联合调制型H大类技 术。其中，时空联合调制型技术是光谱成像领域中发展非常活跃的光谱探测技术。它通过 在无限远成像系统中加入横向剪切分束器引入探测目标的干涉信息，利用傅里叶变换反演 处理得到探测目标的二维空间光强信息和各点光谱信息。与时间调制型干涉成像光谱仪相 比，像面干涉成像光谱仪内部可W去掉推扫运动部件，具有结构紧凑、稳定性能高的特点； 与空间调制型干涉成像光谱仪相比，它没有狭缝的限制，具有高光通量、高空间分辨率的优 点。自上世纪80年代后期W来，国际上众多研究人员对时空联合调制型技术进行了深入研 究。其中，W色列C油ib等人提出了一种基于Sagnac干涉仪的像面干涉成像光谱仪，可实 现高通量的光谱成像。美国化don等人提出了一种基于改型Mach-Zehnder干涉仪的像面 干涉成像光谱仪，可实现可见光、近红外等波段的双通道同时成像。国内相里斌等人提出了 大孔径静态干涉成像光谱仪LASIS化arge ApertureStatic Imaging Spectroscopy),在望 远成像系统中加入横向剪切分束器获得探测目标的干涉图像，主要用于对地遥感领域。除 此之外，还有德国化sselt、意大利Barducci、法国Ferrec、美国Sellar和Lucey、加拿大 Farley、国内孙德新、张淳民和廖宁放等人也对该类干涉成像光谱技术进行了相关的研究。 根据文献分析，时空联合调制型成像光谱技术的原理主要通过迈克尔逊干涉法、Sagnac H 角共路干涉法、Mach-Zehnder干涉法等实现。
[0003] 成像光谱偏振（Imaging Spectropolarimeter，ISP)技术主要是在现有成像光谱 技术基础上，利用自身器件已有的偏振选择特性或通过加入偏振组件引入偏振信息探测。 ISP技术在过去十几年间得到了快速发展，1999年Oka和Kato首次提出了多通道光谱偏振 技术，实现了不同波数偏振信息的同时探测，提高了探测设备的稳固性。随后2004年美国 重飞行器公司通过在色散型成像光谱装置准直光路前引入Oka相位延迟组件，对色散图像 进行傅里叶变换，提取各个Stokes分量所对应的频谱，然后再进行逆傅里叶变换，即可得 到全偏振光谱信息；安徽光机所的宋志平等人研究的基于GIS的IPS技术与其有异曲同工 之妙。该两种方法都可W获得目标全Stokes偏振信息，但是都要经过两次傅里叶变换，处 理过程较为复杂。2006年美国亚利桑那大学在层析成像光谱技术基础上引入Oka相位延迟 组件，单次探测便可得到全部偏振信息和光谱信息，具有实时探测能力。但是数据处理过程 复杂，且光谱分辨率较低。随后2010年亚利桑那大学的Kudenov和化lia等人将该一技术 应用到像面干涉成像光谱技术中，具有高光通量，高目标分辨率的优点。但是探测窄带目标 光谱时，采用多通道干涉成像光谱技术，各偏振态对应的干涉信息之间可能出现较为严重 的混叠，会影响复原光谱精度。为了解决该一问题，本发明中微偏振调制阵列采用专利号为 CN103063300A中的微偏振调制阵列，实现目标场景四维信息的精确获取。在干涉成像光谱 装置中，通过引入微偏振调制阵列，单次测量便可获得目标二维空间光强信息、各点光谱信 息和全Stokes偏振信息。各偏振态对应的干涉信息不存在理论上的混叠现象，可W提高干 涉类成像光谱偏振技术的光谱分辨率和复原光谱准确度。
[0004] 此外，传统基于双光束干涉的成像光谱偏振技术如通过迈克尔逊干涉法、Sagnac H角共路干涉法、Mach-Zehnder干涉法的系统无法达到直光路的要求，因此光学系统很难 达到小型化，不适用于无人机侦测等对载荷重量和体积要求较为苛刻的领域。为解决此类 问题，本发明一种基于对称模形干涉腔的高光谱全偏振成像装置，系统采用直光路，相当 于在照相系统的探测器前面添加一组微型调制器件，对整个系统的体积和重量影响不大， 可实现超轻小型化，符合无人机搭载要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高目标分辨率、高通量的基于对称模形干涉腔的高光 谱全偏振成像装置及方法，该方法可W实现目标高分辨率光谱偏振成像探测。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为；一种基于对称模形干涉腔的高光谱全偏振 成像装置，包括沿光路方向依次放置的前置成像物镜、对称模形干涉腔系统、微偏振调制阵 列、探测器，W及信号处理系统，探测器和信号处理系统连接；其中对称模形干涉腔系统包 括沿光路方向依次放置的对称模形平板和平板，对称模形平板和平板形成干涉腔；微偏振 调制阵列与探测器祀面的面积相等，对称模形干涉腔系统的平板贴于微偏振调制阵列的一 面，微偏振调制阵列另一面贴于探测器的感光面；所有光学元件相对于基底同轴等高，即 相对于光学平台或仪器底座同轴等高；探测目标发射或者反射的光通过前置成像物镜后进 入对称模形干涉腔系统，光束在对称模形干涉腔系统的对称模形平板透射和反射，形成第 一透射光和第一反射光，第一透射光在对称模形干涉腔系统的干涉腔内多次在平板和对称 模形平板之间透射和反射，经过平板透射出的光进入微偏振调制阵列；每个物点对应一组 四个微偏振调制阵列的像素，经过调制后形成四组偏振的像点成像在探测器对应的四个象 元上面；通过电控旋转平台进行旋转整套系统对被测目标进行推扫可W获取目标各点不同 光程差下的携带有干涉信息的目标干涉图像，并转化成电信号进入信号处理系统。
[0007] 对称模形干涉腔系统由对称模形平板和平板组成，其中对称模形平板中间厚两端 薄，对称模形平板模面顶端与平板中线接触，二者间隙形成对称模形腔，即干涉腔；称模形 平板的入射面和平板的出射面分别锻增透膜；称模形平板出射面和平板入射面分别锻反射 膜。
[0008] 基于对称模形干涉腔的高光谱全偏振成像装置的成像方法，包括W下步骤：
[0009] 第一步，来自目标各点的入射光进入前置成像物镜，确定目标视场，消除杂散光；
[0010] 第二步，从前置成像物镜出射的光束进入对称模形干涉腔系统，光束在对称模形 干涉腔系统的对称模形平板透射和反射，形成第一透射光和第一反射光，第一透射光在对 称模形干涉腔系统的干涉腔内多次在平板和对称模形平板之间透射和反射，经过平板透射 出的光进入微偏振调制阵列；
[0011] 第H步，每个物点对应一组四个微偏振调制阵列的像素，经过调制后形成四组偏 振的像点成像在探测器对应的四个象元上面，在探测器祀面上可W同时获取四个偏振态的 干涉光强信息；通过采用系统整体推扫的方式对被测目标进行推扫可W获取目标各点不同 光程差下的携带有干涉信息的目标干涉图像，并转化成电信号进入信号处理系统；
[0012] 第四步，信号处理系统从收到的电信号中提取目标各点同一偏振态不同光程差下 的干涉数据，对干涉数据进行傅里叶变换，得到复原的目标图像，从而得到目标各点的光谱 信息及偏振信息。
[0013] 上述系统整体推扫的方式，即探测器获得的干涉图像序列中的干涉条纹位置不 变，而探测目标的图像随着推扫产生横向偏移，即探测目标上各物点的干涉信息分布在图 像序列的不同位置上，在提取物点所对应的干涉数据时首先需要进行图像配准处理，确保 每幅干涉图上提取的干涉强度值属于同一个物点。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著的优点：
[0015] (1)系统采用直光路，相当于在照相系统的探测器前面添加一组微型调制器件， 对整个系统的体积和重量影响不大，可实现超轻小型化；
[0016] (2)系统具有高通量、高光谱分辨率、高目标分辨率的优点，系统信噪比高；尤其 适用于红外探测。
【附图说明】
[0017] 图1为基于对称模形干涉腔的高光谱全偏振成像光路结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和【具体实施方式】对