Filter, A0TF) 5用于光谱成像， A0TF5结构如图2所示，首先根据欲成像光波长，经射频驱动电路6将对应的高频驱动信号 加载到压电换能器51上激发超声行波52,超声行波52通过声光互作用晶体并在另一端被 吸声介质53吸收，超声行波52使声光互作用晶体形成运动的体光栅，入射光经过时发生衍 射。显然，射频驱动信号频率和衍射波长是一一对应的，因此通过调节驱动信号的频率来选 择相应波长的衍射光来实现滤光。其中我们选用的A0TF5,通光面引入了对-1级衍射光消 色差设计，所以我们的系统将〇级和+1级衍射光遮挡，对-1级衍射光成像。
[0021] 将DKDP纵向电光相位调制器用于偏振成像，DKDP纵向电光相位调制器结构如图 3所示，镀有透明电极的z切DKDP圆形晶片21固定于塑料支撑壳22中。根据光谱成像的 光波长，通过直流高压驱动电路4施加电场而实现相应的相位延迟。
[0022] 通常把探测目标反射、透射和辐射进入系统的光用Stokes参量表示为
(1) 其中，為、為、，和,为Stokes参量的4个分量，依据Stokes参量的定义，為为成像目 标的总光强图像，霉为偏振方向沿水平和竖直两个正交方向上的光强差值，与为偏振方向 沿45°和135°两个正交方向上的光强差值，為为右旋和左旋圆偏振光的光强差值。本发 明用穆勒矩阵来分析偏振成像过程，DKDP纵向电光相位调制器的调制快轴相对于-1级衍 射光偏振方向分别取0°和45°，-1级衍射光偏振方向沿空间坐标X方向。设AOTF的-I 级衍射光代表的偏振和DKDP纵向电光相位调制器的穆勒矩阵分别为￥，_|和^|，表述 如下
(2) (3) (4) 其中:每和笔分别为DKDP纵向电光相位调制器对成像光波长的相位延迟。经过图1所 不系统后，出射光的Stokes参量为
(5) 代入（1)、（2)、（3)和（4)式带入（5)式得
(6) 实际上，CCD能够直接探测到的是Stokes参量的第一个分量，所以对于系统中CCD成 像的光强方为
(7) 为了能够求解得到每一成像光谱的全部Stokes参量，对每一成像光谱通过DKDP纵向 电光相位调制器分别施加（〇,〇)、（〇, η/2)、（0, π)和（π/2, 31/2)四组相位延迟，CCD对 每一成像光谱共采集得到4幅图像，存入控制计算机10,例如记入表1。
[0023] 表1不同相位延迟时(XD的成像
将上表中的图像联立求解得到入射光的4个Stokes参量图像分别为
(8) 提取赛图像对应的DN值就获取了光谱信息，利用（8)式中的Stokes参量图还可以进 一步得到成像目标的线偏振度图，偏振像角图和全偏振度图。
[0024] 此处所说明的附图及实施例仅用以说明本发明技术方案而非对其限制；尽管参照 较佳实施例对本发明进行了较详细的说明，所属领域的技术人员应当理解；依然可以对本 发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明方案的 精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【主权项】
1. 一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪，其特征在于，包括： 前置成像镜头（1 )，对被测目标辐射、反射、散射和透射光进行收集准直缩束，整形为近 似平行光，并一次成像于AOTF (5); DKDP纵向电光相位调制器，设置为两个，分别为第一 DKDP纵向电光相位调制器（2)和 第二DKDP纵向电光相位调制器（3)，依次设置于前置成像镜头（1)和AOTF (5)之间，进行 相位调谐，所述DKDP纵向电光相位调制器通过直流高压驱动电路（4)与控制计算机（10)连 接； AOTF (5)，进行滤光和检偏，所述AOTF (5)通过射频驱动电路（6)与控制计算机（10) 连接； 遮光板（7)，将通过AOTF (5)的0级和+1级衍射光遮挡； 二次成像传导镜头（8)，将-1级衍射光二次成像于面阵列成像CXD (9)上； 控制计算机（10)，同时控制DKDP纵向电光相位调制器的直流高压驱动电路（4)，AOTF (5)的射频驱动电路（6)和面阵列成像CXD (9)，并且对DKDP纵向电光相位调制器施加每 组相位延迟的同时触发面阵列成像CCD (9)采集一次图像，控制计算机采集，处理并存储图 像。2. 根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪， 其特征在于：所述前置成像镜头（1)包括成像物镜、视场光阑和准直镜。3. 根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪， 其特征在于：所述DKDP纵向电光相位调制器选用电光系数大、半波电压低的z切割DKDP晶 片制成纵向Pockels盒，沿光轴z通光，通光面镀置氧化铟锡透明电极，晶片切割为圆形晶 片，保证给两通光面的透明电极施加电压时，在整个有效通光孔径内沿通光方向（光轴z方 向）形成均匀的电场。4. 根据权利要求1或3所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像 仪，其特征在于：所述DKDP纵向电光相位调制器的驱动电路为直流高压驱动电路（4)，输出 电压幅值范围为〇~15kv，并且驱动输出电压由控制计算机（10)编程可调，通过调节驱动电 压使DKDP纵向电光相位调制器对AOTF (5)工作输出波长的光分别能够实现0, JT /2和JT 的相位延迟。5. 根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像 仪，其特征在于：所述AOTF (5)的声光互作用晶体选用氧化碲晶体，X切铌酸锂晶片作为 压电换能器，入射光沿氧化碲晶体[001]方向，超声波沿氧化碲晶体[110]方向传播，所述 声光互作用晶体通光面切割时采用光楔设计，对-1级衍射光消除了色差，工作波长范围： 0? 4~2 ym，压电换能器工作频率：60~130~220MHz，光谱分辨率10nm。6. 根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪， 其特征在于：所述射频驱动电路（6)工作频率：60~130~220MHz，驱动功率范围：0~2W，所述 射频驱动电路（6)的工作频率与AOTF (5)的衍射光波长一一对应，所述射频驱动电路（6) 具有单频和扫频两种工作模式，且工作频率或扫频的频率间隔及时间间隔均可由控制计算 机（12 )编程控制。7. 根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪， 其特征在于：所述AOTF (5)衍射的-1级光为偏振方向沿X轴的偏振光，所述DKDP纵向电 光相位调制器的调制快轴方向相对于AOTF的-1级衍射光偏振方向分别取0°和45°。8.根据权利要求1所述的一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪， 其特征在于：所述AOTF (5)施加某频率的驱动时，对应衍射波长给DKDP纵向电光相位调 制器分别施加（〇,〇)，（0, /2)，（0, 31)和（31/2, JI/2)四组相位延迟，并且对应每一波长 的每一组相位延迟，面阵列成像CCD (9)相应采集一幅图像，将四组相位延迟对应的图像进 行数据处理便得到全部Stokes参量图，提取该波长Stokes参量图像的第一个参量图的DN 值，便获取了目标的光谱信息。
【专利摘要】本发明涉及高光谱成像仪技术领域，具体涉及一种基于声光滤光和电光相位调谐的高光谱全偏振成像仪，是一种高光谱成像与全偏振成像相结合的成像装置，涉及对观测目标的空间、光谱和偏振信息同时探测获取的方法；该光谱偏振成像仪基于声光可调谐滤光器实现分光和DKDP纵向电光相位调制器实现偏振探测；包括：前置成像镜头，对被测目标辐射、反射、散射和透射光进行收集准直缩束，并一次成像于AOTF；DKDP纵向电光相位调制器，进行相位调谐，AOTF，进行滤光和检偏，遮光板，将通过AOTF的0级和+1级衍射光遮挡；二次成像传导镜头，将-1级衍射光二次成像于面阵列成像CCD上；和控制计算机；本发明主要应用在高光谱成像仪方面。
【IPC分类】G01J3/447
【公开号】CN105157837
【申请号】CN201510278825
【发明人】李克武, 王志斌, 李晓, 张瑞, 杨常青, 李晋华, 陈媛媛, 薛瑞, 于慧
【申请人】中北大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年5月28日