专利名称：一种全偏振图像测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全偏振图像测量系统。
背景技术：
随着全球气候异常变化和极端气象的频繁出现，监测大气环境，空间水系 成为遥感领域中各国争相研究的热点问题。偏振测量技术在大气遥感测量与研 究中具有其它遥感方式无法比拟的独特优势，能够利用对光波偏振特性的测量 与计算获得更为丰富的遥感信息。偏振相位本身包含其他参量未有的重要的信 息，再与多光谱技术结合，可以准确的反应温度分布，杂质分布，流体分布等 参量。然而国外已投入使用的可旋转线偏振器测算获得的偏振度数据还不足以 反应实际存在的偏振参数状况，尤其是无法判断偏振相位信息。 发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种全偏振图像测量系统，它利用一系列偏 振光学元件组合而成，用以测量物体的偏振信息，达到准确测量物体的目的。 为了达到本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是 入射光依次通过镜头、电光调制器和偏振分光棱镜后分为两路， 一路透射
到达第一面阵光电转换器CCD，另一路反射到达第二面阵光电转换器CCD，两 个面阵光电转换器CCD分别与计算机输入端相连，计算机与电压控制模块相连， 电压控制模块与控制电光调制器相连，控制电光调制器(3)的工作参数，将获得 的信息处理后显示在计算机的显示器上。
该系统的镜头电光调制器，偏振分光棱镜，第一面阵光电转换器CCD和第 二面阵光电转换器CCD在同一光学主轴上。
所述镜头为长焦镜头或鱼眼镜头。
所述电光调制器为共面电极型压电陶瓷材料光圆偏振调制器。
偏振分光棱镜的检偏方向与电光调制器的晶体光轴成兀/8的夹角。
在镜头前配置波长范围为390nm-780nm的滤光片。 在偏振分光棱镜上与第二面阵光电转换器CCD相对的表面上叠加挡光板。
所述电压控制模块包括DB9端口模块、MAX232模块、78L09模块、两块 DAC0823模块、两块NCE5532模块、89C51模块、两块78L09模块、7905模 块和78L115模块；其中两块DAC0823模块分别与89C51模块连接，MAX232模块与89C51模块相连，DB9端口模块输入与计算机输出端口相连，78L09模 块输出端口与电光调制器的输入端相连。 本实用新型具有的有益效果是
由于现有的偏振测量主要局限于线偏振的测量，所获得的偏振信息无法反 映偏振相位参量的信息。本实用新型设计的全偏振测量系统，通过对全偏振信 息的测量和采集，使得能够更全面的获取物体的全偏振信息。
由于不同目标物表面将入射光反射后的偏振特性不同，所以用本实用新型 采集后会获取不同的偏振光学特性。通过信息处理技术提取相关偏振图像信息， 可以实现对不同的待测物体进行探测。这一全偏振图像测量系统成本较低，操 作简单，特征准确，为遥感的测量研究带来极大便利，同时还具有一定的普适 性，可以应用于各种光学结构中，例如显微镜、交通道路状况成像、水下成像 等领域。
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图2是本实用新型系统的电光调制器快轴方向与偏振分光镜透振方向夹角 关系示意图。
图3是本实用新型的电压控制模块电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，本实用新型入射光1依次通过镜头2、电光调制器3和 偏振分光棱镜4后分为两路， 一路透射到达第一面阵光电转换器CCD 5，另一 路反射到达第二面阵光电转换器CCD 6，两个面阵光电转换器CCD分别与计算 机输入端相连，计算机与电压控制模块9相连，电压控制模块9与控制电光调 制器3相连，控制电光调制器3的工作参数，将获得的信息处理后显示在计算 机的显示器上。该系统的镜头2电光调制器3，偏振分光棱镜4，第一面阵光电 转换器CCD 5和第二面阵光电转换器CCD 5在同一光学主轴上。
所述镜头2为长焦镜头或鱼眼镜头。所述电光调制器3为共面电极型压电 陶瓷材料光圆偏振调制器。偏振分光棱镜4的检偏方向与电光调制器3的晶体 光轴成tt/8的夹角。在长焦镜头2前配置波长范围为390nm - 780nm的滤光片7。 在偏振分光棱镜4上与第二面阵光电转换器CCD6相对的表面上叠加挡光板8。
如图3所示，所述电压控制模块9包括DB9端口模块、MAX232模块、78L09 模块、两块DAC0823模块、两块NCE5532模块、89C51模块、两块78L09模块、7905模块和78L115模块；其中两块DAC0823模块分别与89C51模块连接， MAX232模块与89C51模块相连，DB9端口模块输入与计算机输出端口相连， 78L09模块输出端口与电光调制器3的输入端相连。 实施例
如图1示出了本实用新型的原理结构图，入射光1由Nikon400mm长焦镜 头2采集，将待测物体对入射光的反射光采集进入系统通过液晶电光调制器3， 液晶电光调制器3由电压控制器控9制实现三个偏振调制相位的相互切换。调 制器快轴方向与偏振分光棱镜4的o光透振方向成兀/8的角度，并利用键合技术 将调制器的玻璃表面固定在偏振分光棱镜表面，相对位置如图2所示。由第一 面阵光电转换器CCD 5和第二面阵光电转换器CCD 6同步采集光强信息并进行 信息处理，最终将全偏振信息呈现到计算机上，由计算机对所采集的图像信息 进行计算、存储及显示。
所设计的系统各元件参数如下
建立正交坐标系XOY，水平方向为OX方向，竖直方向为OY方向。 电光调制器的快轴方位角与OX轴夹角0为45°。调制相位量S分别为7T/4、
3兀/4、 0，这三个量的控制分别对应电压为3.6v、 4.8v、 9.2v。此三个调制相位点
的MM//CT矩阵分别为
O 0 00 ' 0 10 0
0 0
0 0 -
《=3s74,6=;r/4
卩l 0 0 0 '
0 10 0
0 0 -*/2
0 0 -
10 0 0 0 10 0 0 0 10 0 0 0 1偏振分束棱镜具有两个出光面，即o/e光。选择o光透振方向与OX轴夹角 为兀/8，此时e光透振方向与OX轴夹角为5ti/8，因此，在两个出光面上可以建 立如下的肘1^//^矩阵
0、
11/41/4 0
1/41/4 0
00 0乂
1-#0、
1/41/40
1/41/40
、000
如果设定待测入射光线(即CCD可获得图像的其中一个像素点)的 矢量为5HSo，&,&,&]t，且CCD1和CCD2分别测量到光强信号厶与A时，有如 下的光强关系
l乂 =M
结合三个相位点的调制，每个像素点都可以得到6个光强的方程，艮P:
—1/2V^/40 一
1/2-#0、]
421/21/4
八21/2-#_1/4
1/21/4&」
—1/2-#-1/4_
根据上述方程组就可以获得入射光全偏振信息的Sto&w矢量: 《0 =人H-。
其中，电光调制器的调制点选取是以方程组计算时，表征5tofes参量的元素 最少为准则，这样不但能够减少计算的次数，更能大大降低由计算带来的相关 误差。通过上述方法所获取的Sto^J矢量，可以计算任意的偏振参数，其中
(a) 偏振度尸/^(S+g+gV'VSo
(b) 偏振倾斜角p:当&〉0时，p二l/2arcsin(^/S。尸cos2/ ); 当& <0且&>0时，p =/ 2arccos(S / S。尸cos 2/ );
当&<0且5"2<0时，p = ;r/2 —1/2arcsinO 2/S。尸cos2/ )。
(c) 偏振相位角3:当&>0时J-arcsinC&A^/TT;); 当&<0且&>0时，5 = arccos(S2/2^7^);
当&<0且&<0时，(5-;r-arcsinS3/2^/T^ 。
(e)偏振椭圆率角"因该参数处在[-7T/4,7T/4]范围内，故
在工作时，电光调制器的受计算机控制，使得三个控制电压切换工作，以 达到改变偏振方向的目的。本实施例中，当使用者使用的电光调制器不同时(如 GaAs材料、LiNi03材料、液晶材料等等)，调制器的工作特性会有所差异，根 据器件特性选择工作点和快轴的装配角度可能与本实施例不同，这些数据不具 有特定性，但都是利用电光调整的特性实现全偏振信息测量。
上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在 本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和 改变，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种全偏振图像测量系统，其特征在于入射光(1)依次通过镜头(2)、电光调制器(3)和偏振分光棱镜(4)后分为两路，一路透射到达第一面阵光电转换器CCD(5)，另一路反射到达第二面阵光电转换器CCD(6)，两个面阵光电转换器CCD分别与计算机输入端相连，计算机与电压控制模块(9)相连，电压控制模块(9)与控制电光调制器(3)相连，控制电光调制器(3)的工作参数，将获得的信息处理后显示在计算机的显示器上。
2、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于该系统 的镜头(2)电光调制器(3)，偏振分光棱镜(4)，第一面阵光电转换器CCD(5)和第 二面阵光电转换器CCD(5)在同一光学主轴上。
3、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于所述镜 头(2)为长焦镜头或鱼眼镜头。
4、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于所述电 光调制器(3)为共面电极型压电陶瓷材料光圆偏振调制器。
5、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于偏振分 光棱镜(4)的检偏方向与电光调制器(3)的晶体光轴成Ti/8的夹角。
6、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于在镜头(2)前配置波长范围为390nm - 780nm的滤光片(7)。
7、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于在偏振 分光棱镜(4)上与第二面阵光电转换器CCD(6)相对的表面上叠加挡光板(8)。
8、 根据权利要求1所述的一种全偏振图像测量系统，其特征在于所述电 压控制模块(9)包括DB9端口模块、MAX232模块、78L09模块、两块DAC0823 模块、两块NCE5532模块、89C51模块、两块78L09模块、7905模块和78L115 模块；其中两块DAC0823模块分别与89C51模块连接，MAX232模块与89C51 模块相连，DB9端口模块输入与计算机输出端口相连，78L09模块输出端口与 电光调制器(3)的输入端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种全偏振图像测量系统。由一系列光学器件组合而成，入射光首先通过镜头采集，镜头上带有滤光片，选取特定波长的光。镜头将目标物上的光线采集进入系统并通过电光调制器，电光调制器受控，可以调制输出光束相位。然后此光通过偏振分光棱镜出射o光和e光图像，分别由两个CCD同步采集光强信息，最终将偏振信息处理并呈现在计算机上。由于不同目标物表面将入射光反射后的偏振特性不同，所以用本实用新型采集后会获取不同的偏振光学特性。通过信息处理技术提取相关偏振图像信息，可以实现对不同的待测物体进行探测。这一全偏振图像测量系统成本较低，特征准确，为遥感的测量研究带来极大便利，还具有一定的普适性。
文档编号G01J4/00GK201322649SQ200820170850
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者李宇波, 杨建义, 江晓清, 辉 苗, 贾文建, 力 陈 申请人:浙江大学