CN102680101B - 干涉光场成像高光谱全偏振探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，包括顺序配置的前置光学望远系统、横向剪切干涉系统、光场成像系统、面阵探测器和信号处理系统，被探测目标光线依次通过所述前置光学望远系统、横向剪切干涉系统、光场成像系统，到达面阵探测器，信号处理系统从面阵探测器提取被探测目标的二维空间图像、高光谱信息和全Stokes偏振分量。利用本探测装置，单次测量便可得到目标二维空间光强信息、目标各点全Stokes偏振分量、目标各点高分辨率的光谱信息，且结构简单。

Description

干涉光场成像高光谱全偏振探测装置

技术领域

本发明属于光学探测领域，特别是一种能够同时获得目标空间二维图像信息、目标各点光谱信息和每一谱段的全Stokes偏振分量四维信息的干涉光场成像高光谱全偏振探测装置。

背景技术

成像偏振技术和成像光谱技术作为光学探测领域的新技术在过去十几年时间里得到了很大发展，其中成像偏振技术采用辐射成像技术和偏振测量技术相结合方法，能够获得目标的二维空间辐射光强信息和目标各点的偏振信息；成像光谱技术采用辐射成像技术和光谱测量技术相结合方法，能够获得目标的二维空间辐射光强信息和目标各点的光谱信息。

将成像光谱技术和成像偏振技术相结合变得到了一种新的光学探测技术，即成像光谱偏振探测技术。成像光谱偏振技术融合了成像光谱技术和成像偏振技术的特点，能够同时获得目标的二维空间光强信息和目标各点的光谱信息，以及每点各谱段的偏振信息。成像光谱偏振技术作为一种新的光学探测技术，增加了光学探测的信息量，提高了对目标的探测和识别能力，具有广阔的应用前景，在工业、农业、军事侦察、大气探测等领域具有重要的应用价值。

成像光谱偏振技术作为一种新的光学探测技术，得到了多个国家，尤其是欧美日等发达国家的广泛关注。目前成像光谱偏振技术主要有基于声光调制的成像光谱偏振技术、基于电光调制的成像光谱偏振技术、基于层析成像的成像光谱偏振技术、基于干涉成像光谱的成像光谱偏振技术。因为干涉成像光谱技术具有高通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点，所以基于干涉成像光谱技术的成像光谱偏振技术具有较高研究价值。

现有的基于干涉成像光谱技术的成像光谱偏振技术多是在干涉成像光谱探测装置前面加入偏振组件，通过偏振组件把目标的偏振信息调制到不同的波数上，通过后面干涉成像光谱装置后，不同的Stokes分量在干涉图上分开。提取不同的Stokes分量对应干涉图，采用傅里叶变换方法便可以得到光谱信息。

中国发明专利申请“无源静态三角共路干涉成像光谱全偏振探测装置”（申请公布号：CN101799327A，公布日：2010.08.11）公开了一种干涉成像光谱全Stokes偏振分量探测装置，包括前置光学望远系统、静态全光调制模块、静态干涉成像光谱仪、成像镜组、探测器以及信号获取与处理系统，目标源发出的光准直后进行相伴调制，成为两束平等偏振光，经成像镜后汇聚于探测器上成像并发生干涉，信号送信号获取与处理系统处理。但是该方法中每种偏振态只对应一小段干涉信息，这就大大降低了装置的光谱分辨率。与此同时相邻Stokes分量的干涉信息存在混叠现象，进一步降低了装置光谱分辨率，甚至会影响复原光谱准确度，并且其静态全光调制模块结构复杂，生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，单次测量便可得到目标二维空间光强信息、目标各点全Stokes偏振分量、目标各点高分辨率光谱信息，而且结构简单，生产成本低。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，包括顺序配置的前置光学望远系统、横向剪切干涉系统、光场成像系统、面阵探测器和信号处理系统，被探测目标光线依次通过所述前置光学望远系统、横向剪切干涉系统、光场成像系统，到达面阵探测器，信号处理系统从面阵探测器获取带有偏振信息的干涉图像，通过处理得到被探测目标的二维空间图像、高光谱信息和全Stokes偏振分量。

所述光场成像系统包括同轴顺序设置的成像镜组前组件、偏振片阵列、成像镜组后组件和光场成像器件。所述光场成像器件为针孔阵列或微透镜阵列。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、单次测量便可获得目标二维空间光强信息、各点光谱信息和全Stokes偏振分量；

2、各偏振态下干涉信息不存在混叠现象，装置的光谱分辨率和复原光谱准确度高；

3、整个装置结构简单，生产成本低。

附图说明

图1是本发明干涉光场成像高光谱全偏振探测装置的结构示意图。

图2是图1中的光场成像系统结构示意图。

图3是图2中的针孔阵列光场成像器件。

图4是图2中的微透镜阵列光场成像器件。

图中，1为前置光学望远系统，2为横向剪切干涉系统，3为光场成像系统，4为面阵探测器，5为信号处理系统，31为成像镜组前组件，32为偏振片阵列，33为成像镜组后组件，34为光场成像器件，341为针孔阵列，342为微透镜阵列。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1，本发明一种干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，包括顺序配置的前置光学望远系统1、横向剪切干涉系统2、光场成像系统3、面阵探测器4和信号处理系统5，被探测目标光线依次通过所述前置光学望远系统1、横向剪切干涉系统2、光场成像系统3，到达面阵探测器4，信号处理系统5从面阵探测器4获取带有偏振信息的干涉图像，通过处理得到被探测目标的二维空间图像、高光谱信息和全Stokes偏振分量。

如图2，光场成像系统3包括同轴顺序设置的成像镜组前组件31、偏振片阵列32、成像镜组后组件33和光场成像器件34。光场成像器件34可以是针孔阵列341，如图3；也可以是微透镜阵列342，如图4。

本发明干涉光场成像高光谱全偏振探测装置工作过程为：探测目标发射或者反射的入射光I（x,y）通过前置光学望远系统1，确定目标视场、消除杂散光后进入横向剪切干涉系统2，入射光被横向剪切一分为二，引入光程差信息，得到I(x,y,Δ)，随后进入光场成像系统3；入射光依次通过光场成像系统3的成像镜组前组件31、偏振片组件32、成像镜组后组件33、光场成像器件34，通过孔径光阑处的偏振片阵列，引入偏振信息，得到I(x,y,Δ,ρ)，随后进入位于光场成像器件后的面阵探测器4上面，将入射光I(x,y,Δ,ρ)中偏振信息调制到不同的像元上I(x,y,Δ,ρ_(x＇,y＇))，彼此之间不存在混叠现象。得到带有光谱信息、全Stokes偏振分量和目标二维空间光强信息的干涉信号，这些信号经信号处理系统5采集处理后即可获得目标二维空间图像、高光谱信息和全Stokes偏振分量。

其中的前置光学望远系统1、信号处理系统5的构成采用本技术领域现有的通用结构，面阵探测器4采用大靶面探测器。本发明特别之处在于其光场成像系统3，即在同轴设置的成像镜组前组件31和成像镜组后组件33加入了偏振片阵列32，在成像镜组后组件33后的光场成像器件34为为针孔阵列或微透镜阵列，采用针孔阵列会降低装置的光通量，采用微透镜阵列能够很好地解决这一问题。

Claims (2)

1.一种干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，其特征在于：包括顺序配置的前置光学望远系统（1）、横向剪切干涉系统（2）、光场成像系统（3）、面阵探测器（4）和信号处理系统（5），目标光依次通过所述前置光学望远系统（1）、横向剪切干涉系统（2）、光场成像系统（3），到达面阵探测器（4），信号处理系统（5）从面阵探测器（4）获取带有偏振信息的干涉图像，通过处理得到被探测目标的二维空间图像、高光谱信息和全Stokes偏振分量，所述光场成像系统（3）包括同轴顺序设置的成像镜组前组件（31）、偏振片阵列（32）、成像镜组后组件（33）和光场成像器件（34）。

2.根据权利要求1所述的干涉光场成像高光谱全偏振探测装置，其特征在于：所述光场成像器件（34）为针孔阵列（341）或微透镜阵列（342）。

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