CN101782433A - 静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法 - Google Patents

Abstract

静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法，第一步，将来自目标不同位置、不同波长的入射光经静态全光调制模块进行相位调制；第二步，将调制光送入静态干涉分光组件，使每一束调制光通过静态干涉分光组件分成具有固定光程差的两束相干光束，其中每一束相干光束中还包含了全面的偏振调制信息；第三步，将相干光送入成像镜，成像并发生干涉，在探测器上形成干涉条纹调制的图像；第四步，将获取的图像进行滤波和傅立叶变换，最终实现同时获取目标的二维空间图像、一维光谱和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息；本方法具有静态、全光、三位一体的优势。

Description

静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法

技术领域

本发明涉及一种光学探测目标信息的方法，特别是一种同时获得目标二维强度、傅立叶变换干涉光谱和全偏振特性的三位一体静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法。

背景技术

光源发射的光照射到地球表面和大气中的任何目标，在辐射、反射、透射和散射光波的过程中，都会引起光波强度、光谱辐射特性和偏振状态的变化，就此独立发展起了照相技术(成像仪)、光谱技术、偏振测量技术及相应光学特性探测仪器，它们分别可获得目标的二维空间信息、物质结构和化学成分、物体的表面属性等。

到1980s，美国空气动力实验室(JPL)提出成像光谱技术概念，将成像技术与光谱技术融合，可以同时获取目标的二维空间信息和一维光谱信息。获取信息量的丰富使得其迅速发展，20多年时间里，有关仪器从色散型发展到动镜干涉型(又称时间调制型，如迈克尔逊Mecholson型)，再到静态干涉型(如赛格纳Sagnac型)。总之，以干涉成像光谱仪为主要发展方向的成像光谱仪目前仍然存在光通量不够大、光谱分辨率不够高、视场角小、探测信息量不够等不足。

另一方面，人们将成像技术与偏振技术融合，形成了可以同时获取目标的二维空间信息和偏振信息的偏振成像技术，这项技术对应的仪器按其结构不同主要分为五种：(1)旋转偏光元件型，(2)分振幅型，(3)分孔径型，(4)分焦平面型，(5)强度调制型。其中旋转偏光元件型具有运动部件，抗振能力差，不能对目标偏振信息进行实时探测；分振幅型和分孔径型结构复杂、光路调节困难，且由于同时使用多路光学元件与探测器，元件及探测器的偏振响应的不同将带来较大的测量误差；分焦平面型则要求在一块探测器阵列上集成多个不同偏振透光方向的薄膜，工艺要求极高，加工过程十分复杂；强度调制型现有的色散光谱仪类通量不够，信号处理速度慢，而动镜扫描泰曼-格林型干涉仪类有运动部件，且不具备成像功能。

近年，高光谱成像技术发展迅速，但成像偏振技术进步欠速。但偏振测量能够获得更多易于区分目标特征信息的特性不容忽视，为此将照相技术(成像仪)、光谱技术、偏振测量技术三项技术融合，同时获取目标的二维空间像、一维光谱像和全偏振特性，则会大大提高目标探测与识别能力。国内外曾进行过这方面探索：将Savart板型共轴光路型成像光谱中的干涉分光元件换为格兰-泰勒棱镜等偏振分束器，使得干涉光谱为偏振光干涉，这样可对特定偏振光进行探测，但并不能对目标的全部偏振特性进行探测；还有人提出了基于声光驱动等型有源的系统，但就此带来的电干扰、稳定性、寿命等问题，限制了其应用；还有人提出主动式多光谱成像系统，其需要特定波长光照明、波段数也非常有限等，不适合遥感等应用。

总之，现有技术存在目标光学探测信息不够全面，只能获得窄波段、低分辨率多光谱偏振信息，非全光处理等问题，不能满足目标探测的进一步要求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法，可获得较大光通量，一次性获得目标二维空间像、一维光谱信息和完整偏振信息。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法，

第一步，将来自目标不同位置(x，y)、不同波长(λ)的入射光经静态全光无电驱动调制模块进行相位调制，使得标志入射光完全偏振特性的四个Stokes矢量——S₀(x，y，λ)、S₁(x，y，λ)、S₂(x，y，λ)、S₃(x，y，λ)分别增加一个位相因子，成为调制光；这样，将入射光的各Stokes矢量在位相上分开；

第二步，将调制光送入静态干涉分光组件，使每一束调制光通过静态干涉分光组件分成具有固定光程差的两束相干光束，其中每一束相干光束中还包含了全面的偏振调制信息，这样经过静态干涉分光组件将调制光产生在光谱域上分开的同时，四个Stokes矢量在光程差域上分开；

第三步，将相干光送入成像镜组，成像并发生干涉，在探测器上形成干涉条纹调制的图像，这一图像中不仅包括了入射光的光谱信息，而且包括了入射光的全部偏振信息；

第四步，将获取的图像进行滤波和傅立叶变换，最终实现同时获取目标的二维空间图像、一维光谱和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息。

本发明的干涉成像光谱全偏振探测方法与其它现有方法相比，其优势在于：

1.除探测器外，核心信息获取技术光路同时具有静态、全光(除探测器外无电驱动)、三位一体的优势：

a)采用同一套光路获取目标二维空间图像、一维光谱信息和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息，

b)采用静态干涉装置可以使据此制作的装置中探测器之前不包含任何运动的部件，抗振能力强；

c)探测器之前核心光学部分，该部分全光工作，无任何电光、声光或磁光调制机构；

2.从原理上保证了最终的信息解调只需要经过一次傅立叶变换，使得后期信号处理简单；

3.可实现偏振信息的完全实时探测；

4.无需采用狭缝，可以获得大的光通量。

附图说明

附图为实现本发明方法的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

参见附图，实现本发明方法的装置核心部分由双折射晶体等光学元件组成，无需进行电光、声光、磁光等调制；该装置具体包括与目标光源同轴依次布置的前置光学系统1、静态全光偏振调制模块2、静态干涉光谱仪3、成像镜4和信号面阵探测器5，信号面阵探测器5与数据采集处理模块6相连接。

本发明的具体步骤如下：目标光源发出的光通过前置光学系统1准直后，经静态全光偏振调制模块2进行相位调制，调制后的传输光经过静态干涉光谱仪3后，出射光变成两束相干光，这两束相干光经成像镜4后汇聚于信号面阵探测器5上成像并发生干涉，信号面阵探测器5接收到的信号再经数据采集处理模块6处理后即可获得目标的图像、光谱和偏振信息。

附图中：1-前置光学系统；2-静态全光偏振调制模块；3-静态干涉光谱仪；4-成像镜；5-信号面阵探测器；6-数据采集处理模块。

Claims (1)

1.静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法，其特征在于：

第一步，将来自目标不同位置(x，y)、不同波长(λ)的入射光经静态全光无电驱动调制模块进行相位调制，使得标志入射光完全偏振特性的四个Stokes矢量——S₀(x，y，λ)、S₁(x，y，λ)、S₂(x，y，λ)、S₃(x，y，λ)分别增加一个位相因子，成为调制光；

第二步，将调制光送入静态干涉分光组件，使每一束调制光通过静态干涉分光组件分成具有固定光程差的两束相干光束，其中每一束相干光束中还包含了全面的偏振调制信息；

第三步，将相干光送入成像镜组，成像并发生干涉，在探测器上形成干涉条纹调制的图像；

第四步，将获取的图像进行滤波和傅立叶变换，最终实现同时获取目标的二维空间图像、一维光谱和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息。

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