偏振光谱成像系统及偏振光谱信息获取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学领域，涉及一种光谱成像仪及成像方法，尤其涉及一种偏振光谱成像系统及偏振光谱信息获取方法。
【背景技术】
[0002]光谱成像技术能够获得目标的二维图像信息和一维光谱信息，偏振成像技术能够获得目标的两维图像信息和图像中各点的偏振信息，将光谱成像技术与偏振成像技术有机的结合则可以得到另外一种成像技术，即偏振光谱成像技术。该技术是近年来发展起来的一种新型成像体制，将空间信息、光谱信息、偏振信息融于一体，增加光学探测的信息量，提高目标的探测与识别能力，具有穿云透雾的能力。在大气探测、地球资源调查、医学诊断、目标识别等领域均具有重要的应用。
[0003]美国航空航天局、日本国家宇航实验室及欧盟一些国家在该技术领域均开展了大量的研究工作，取得了一定的研究成果。国内上海技术物理研究所、安徽光机所、西北工业大学、西安交通大学、北京空间机电研究所以及中国科学院西安光学精密机械研究所等单位针对偏振光谱成像技术也开展了相应的研究工作。目前，在偏振光谱成像技术方面采用的技术方案有:(1)基于可调谐滤光片的偏振光谱成像方法，常用的可调谐滤光片器件有液晶可调谐滤光片(LCTF)和声光可调谐滤光片(AOTF)，与液晶相位延长器(LCVR)组合实现光波偏振态的控制。该方法中的可调谐滤光片器件受温度影响较大，同时该器件的引入在一定程度上会影响系统成像质量；(2)基于计算层析的偏振光谱成像方法。该方法后续数据处理算法复杂，并且存在有限投影角问题，会影响数据的反演，甚至带来一些病态效应；(3)基于空间调制的傅里叶变换偏振光谱成像方法。该系统结构复杂，不易做到小型化，并且一次推扫只能得到一种偏振态的光谱数据，要得到同一目标的不同偏振态光谱数据需要进行多次推扫成像；(4)基于偏振光栅的偏振光谱成像方法。该方法中采用了一种新型的偏振器件(偏振光栅)，该器件研制难度相对较大，并且系统存在谱段混叠现象。
【发明内容】
[0004]为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提出一种结构紧凑、能够一次性获取目标在同一谱段下的偏振态信息的偏振光谱成像系统及偏振光谱信息获取方法。
[0005]本发明的技术解决方案是:本发明提供了一种偏振光谱成像系统，其特殊之处在于:所述偏振光谱成像系统包括四面角锥棱镜、成像光学系统、偏振光谱调制器、面阵探测器组件、信号处理单元以及控制计算机；所述四面角锥棱镜、成像光学系统以及偏振光谱调制器依次处于同一光路上；所述偏振光谱调制器将光信号成像在面阵探测器组件感光靶面上；所述面阵探测器组件通过信号处理单元接入控制计算机。
[0006]上述偏振光谱调制器包括偏振片阵列以及与偏振片阵列设置在一起的线性渐变滤光片阵列；所述偏振片阵列处于入光方向上，所述线性渐变滤光片阵列处于出射光方向上。
[0007]上述偏振片阵列包括4个单独的线偏振片，4个单独的线偏振片拼接成偏振片阵列。
[0008]上述线性渐变滤光片阵列包括4个单独的线性渐变滤光片，4个单独的线性渐变滤光片拼接成线性渐变滤光片阵列。
[0009]上述线性渐变滤光片阵列包括2个单独的线性渐变滤光片，2个单独的线性渐变滤光片拼接成线性渐变滤光片阵列。
[0010]上述偏振光谱成像系统还包括前置光学系统，所述前置光学系统、四面角锥棱镜、成像光学系统以及偏振光谱调制器依次处于同一光路上。
[0011]上述前置光学系统是前置望远光学系统或前置显微光学系统。
[0012]上述前置光学系统以及成像光学系统采用的光路均是透射式成像光路、全反射式成像光路或折反射式成像光路。
[0013]—种基于如上所述的偏振光谱成像系统的偏振光谱信息获取方法，其特征在于:所述偏振光谱信息获取方法包括以下步骤:
[0014]I)目标光束入射至四面角锥棱镜后被等分为传输方向不同的四束光束；
[0015]2)传输方向不同的四束光束进入成像光学系统并将传输方向不同的四束光束进行汇聚；
[0016]3)通过偏振光谱调制器将步骤2)汇聚得到的光束成像于面阵探测器靶面的四个不同区域；
[0017]4)通过信号处理单元及控制计算机在面阵探测器上一次性获取到目标在同一谱段下的偏振态信息。
[0018]上述步骤4)之后还包括:
[0019]5)经过推扫成像得到目标光束在不同谱段下的偏振态信息。
[0020]本发明的优点是:
[0021]本发明提供了一种偏振光谱成像系统及偏振光谱信息获取方法，该偏振光谱成像系统及偏振光谱信息获取方法采用线性渐变滤光片(LVF)实现对光谱维数据的调制，利用线偏振片偏振实现偏振态的调节，最终实现偏振光谱成像的目的的偏振光谱成像系统及成像方法。本发明具有下面几个方面的优点:
[0022]I)原理简单:光学系统光路分布简单，可以大大减少光学部件数量，在一定程度上提高了系统的能量利用率。
[0023]2)结构紧凑:系统光路没有转折，给结构件的研制带来了方便，可以大大减小体积，做的小型化，微型化。
[0024]3)可靠性高:由于该方法中不需要光学部件的运动就能一次性得到目标在同一谱段下的偏振态信息，系统中不存在活动或运动部件，因此系统的可靠性也大大提高。
[0025]4)成本低:由于该原理的偏振光谱成像系统原理简单，而且用到的器件成本相对于传统技术方案中的器件成本大大降低，因此该系统具有低成本的价格优势。
[0026]5)工作波段范围宽:该原理的偏振光谱成像系统工作波段不受限制，不仅可以在可见光波段