一种高光谱偏振成像系统的制作方法

本发明属于高光谱成像与偏振成像技术领域，具体涉及一种高光谱偏振成像系统。

背景技术：

高光谱成像和偏振成像是两种成像方式，各有特点。高光谱成像是在获取景物二维空间反射/辐射信息的同时，得到景物每个单元的光谱信息，如图1所示。偏振成像是在获取景物二维空间反射/辐射信息同时，得到景物每个单元的偏振信息，一般通过旋转相机前的偏振片获取不同方向上的偏振图像，如图2所示；或在面阵探测器像素上集成不同方向的微偏振片获取偏振图像，如图3所示。

高光谱偏振成像，是将光谱探测技术、偏振探测技术和几何成像技术融为一体，能够同时获取被测景物的二维空间反射/辐射信息、每个二维空间像素对应的光谱信息以及该像素对应不同谱段的偏振信息。谱段数为n的高光谱成像系统，对景物成像得到n幅光谱图像，每幅图对应一个不同的谱段。偏振态为m的偏振成像系统，对景物成像得到m幅偏振图像，每幅图对应一个不同的偏振态。将上述高光谱成像系统和偏振成像系统组合起来，则对景物一次成像将得到n×m幅图像，得到景物在空间维、光谱维和偏振维三个方面的特征。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种高光谱偏振成像系统，以解决如何用一个光学系统及一个探测器组成的成像系统，解决在一次成像过程中，同时获取景物的高光谱图像及偏振图像的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种偏振探测器，该偏振探测器包括面阵探测器与微偏振片；其中面阵探测器为m行×n列，每4个相邻像元分别集成0°、45°、90°、135°偏振方向的微偏振片。

此外，本发明还提出一种高光谱偏振成像系统，该高光谱偏振成像系统包括高光谱成像光学系统和上述偏振探测器；其中，偏振探测器用于接收高光谱成像光学系统采集的图像信息；高光谱成像光学系统将瞬时视场对应的地面一行景物沿扫描方向分光，并成像于偏振探测器的每一行上；图像处理时，将每4个相邻像素合成一个像素，通过扫描获得景物m/2个谱段的高光谱图像，合成后的每个图像像素包含有4个方向的偏振信息。

进一步地，高光谱偏振成像系统采用offner凸面光栅对依次经过前置光学镜组、狭缝和凹面反射镜的入射光进行分光。

进一步地，经offner凸面光栅分光后，在偏振探测器上产生128个谱段。

进一步地，前置成像光学透镜组的视场角为30°，空间分辨率为0.5mrad。

(三)有益效果

本发明提出的高光谱偏振成像系统，包括高光谱成像光学系统与偏振探测器，偏振探测器用于接收高光谱成像光学系统采集的图像信息；高光谱成像光学系统将瞬时视场对应的地面一行景物沿扫描方向分光，并成像于偏振探测器的每一行上。采用本发明的高光谱偏振成像系统扫描景物，可同步获取景物的高光谱图像及每个图像像素的4个偏振态信息。本发明的高光谱偏振成像系统，具有结构简单、体积小、重量轻和使用方便的特点，适于星载、机载平台对地探测及其它具有扫描功能平台对景物的探测，在遥感、侦察、探测、识别和分析领域有着重要应用前景。

附图说明

图1为高光谱成像系统与技术原理示意图；

图2为采用旋转偏振片的偏振成像技术原理示意图；

图3为采用集成不同方向微偏振片的偏振成像技术原理示意图；

图4为本发明的偏振探测器结构示意图；

图5为本发明实施例中的高光谱偏振成像系统结构示意图；

图6为本发明实施例中的前置成像光学透镜组示意图；

图7为本发明实施例中的偏振探测器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明提出一种高光谱偏振成像系统，该高光谱偏振成像系统由高光谱成像光学系统和偏振探测器组成。典型的高光谱成像系统组成如图1所示，由高光谱成像光学系统和面阵探测器组成。其中，高光谱成像光学系统由狭缝及分光成像光学系统组成。通过将典型的高光谱成像系统中的面阵探测器换成偏振探测器，即成为本发明的高光谱偏振成像系统。其中，偏振探测器用于接收高光谱成像光学系统采集的图像信息；高光谱成像光学系统将瞬时视场对应的地面一行景物沿扫描方向分光，并成像于偏振探测器的每一行上。

本发明中的偏振探测器，是在面阵探测器上通过工艺加工集成0°、45°、90°、135°偏振方向的微偏振片，如图4所示。面阵探测器为m行×n列，图像处理时，将每4个相邻像素合成一个像素，通过扫描可获得景物m/2个谱段的高光谱图像，合成后的每个图像像素包含有4个方向的偏振信息。

实施例

采用如图5所示的高光谱偏振成像系统，选用offner凸面光栅分光；对应的成像波长范围0.4～0.9μm；高光谱谱段数128个；光谱分辨率4nm。采用如图6所示的前置成像光学透镜组，视场角30°；空间分辨率0.5mrad；偏振探测器按照图7所示，对规格为2048×256可见近红外探测器在每个像元上集成4个不同方向的微偏振片。合成像素后，图像规格为2047×128。上述成像系统在机载平台对地成像，如图1所示。成像系统瞬时视场将地面一行景物经前置光学成像透镜组及狭缝后，由offner凸面光栅分光成像在偏振探测器上，产生128个谱段。

上述装置组成扫描式高光谱偏振成像系统，系统的工作方式为由成像控制系统同步偏振探测器的积分时间、成像帧频与扫描速度及对应的景物位置关系，通过扫描即可获取连续图像。图像处理时，将偏振探测器的相邻4个像素合成一个像素，每行对应同一个分光光谱，合成像素中同时含有4个方向的偏振信息。因此，扫描成像后每个合成像素中既有来自地面像元的光谱信息也有其偏振态信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明属于高光谱成像与偏振成像技术领域，具体涉及一种高光谱偏振成像系统。该高光谱偏振成像系统包括高光谱成像光学系统与偏振探测器，偏振探测器用于接收高光谱成像光学系统采集的图像信息；高光谱成像光学系统将瞬时视场对应的地面一行景物沿扫描方向分光，并成像于偏振探测器的每一行上。采用本发明的高光谱偏振成像系统扫描景物，可同步获取景物的高光谱图像及每个图像像素的4个偏振态信息。本发明的高光谱偏振成像系统，具有结构简单、体积小、重量轻和使用方便的特点，适于星载、机载平台对地探测及其它具有扫描功能平台对景物的探测，在遥感、侦察、探测、识别和分析领域有着重要应用前景。

技术研发人员：王建成;朱猛
受保护的技术使用者：天津津航技术物理研究所
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.03.01