CN105547477B - 一种偏振干涉成像光谱系统及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种偏振干涉成像光谱系统及其成像方法。成像光谱系统包括微透镜阵列、准直镜、第一偏振阵列、savart偏光镜组、第二偏振阵列、成像透镜、CCD探测器、信号处理系统，其中目标光源入射微透镜阵列，经过准直镜形成平行光，再经过第一偏振阵列形成线偏振光，Savart偏光镜组将线偏振光束分成两束线偏振平行光，再经过第二偏振阵列形成偏振方向相同的线偏振光，最后通过成像透镜聚合在CCD探测器上，形成干涉图，CCD探测器上形成的干涉图输入信号处理系统进行处理得到带有偏振信息的光谱图。本发明结构简单稳定，没有任何机械运动部件和电调谐器件，能同时获得物体的两维空间信息、一维光谱信息及四维偏振信息，以及同一线偏振态的多个干涉子图像。
Description
技术领域
本发明是一种偏振干涉成像光谱系统及其成像方法，特别是一种基于微透镜阵列和savart偏光镜的偏振干涉成像光谱系统及其成像方法，属于基于微透镜阵列和savart偏光镜的偏振干涉成像光谱系统及其成像方法的创新技术。
背景技术
成像光谱技术和偏振技术是光学目标探测中两种重要的技术手段，分别通过感知空间、强度、光谱和偏振等信息对目标属性进行深层次判断，反演目标的物理化学属性，有效地消除背景噪声，增强物体的可见性，还能根据偏振度和偏振角等参数反演目标尺寸、折射率、浓度分布等信息。因此融合光谱和偏振信息的成像探测技术能有效利用两者的互补性，显著提高目标在复杂背景环境中被有效识别的能力。由此发展起来的成像光谱偏振技术(Imaging Spectropolarimeter, ISP),集合了成像仪、光谱仪和偏振仪的功能，为目标探测与识别提供更加丰富的信息源，在天气、农业、生物医学、地球环境等领域将发挥重要作用。ISP技术主要是在现有成像光谱技术基础上，利用自身器件已有的偏振选择特性或通过加入偏振组件引入偏振信息探测。ISP技术在过去十几年间得到了快速发展，很多学者提出各种类型的成像光谱偏振仪，比如色散型偏振成像光谱仪、空间调制偏振干涉成像光谱仪、基于滤光片的偏振成像光谱仪。但是，这些方案都有其各自的局限，它们具有机械运动部件和电调谐器件，这不利于系统的稳定性，而且不能同时获得四维的偏振信息和两维空间信息及一维光谱信息，其光通量也不够大。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种偏振干涉成像光谱系统。本发明不仅结构稳定，而且具有宽光谱和高通量。
本发明的另一目的在于提供一种偏振干涉成像光谱系统的成像方法。本发明能同时获得物体的两维空间信息、一维光谱信息及四维偏振信息，以及同一线偏振态的多个干涉子图像。
本发明的技术方案是：本发明的偏振干涉成像光谱系统，包括有微透镜阵列、准直镜、第一偏振阵列、savart偏光镜组、第二偏振阵列、成像透镜、CCD探测器、信号处理系统，其中目标光源入射微透镜阵列，经过准直镜形成平行光，再经过第一偏振阵列形成线偏振光， Savart偏光镜组将线偏振光束分成两束线偏振平行光，再经过第二偏振阵列形成偏振方向相同的线偏振光，最后通过成像透镜聚合在CCD探测器上，形成干涉图，CCD探测器上形成的干涉图输入信号处理系统进行处理得到带有偏振信息的光谱图。
本发明偏振干涉成像光谱系统的成像方法，包括如下步骤：
1）探测目标入射微透镜阵列后，形成N个携带相同信息的子图像；
2）再经过准直镜形成平行光；
3）平行光入射第一偏振阵列，第一偏振阵列由四个共面的线偏振器组成，故平行光经过具有四种线偏振方向的共面线偏振阵列后产生线偏振光，每个线偏振方向都有N/4个偏振信息相同的子图像；
4）带有线偏振信息的光束进入上下分布的两块Savart偏光镜，每个子图像被Savart偏光镜分成两束平行光，再经过第二偏振阵列，因第二偏振阵列由两个共面的线偏振器组成，故两束平行光经过两个共面的线偏振器后形成偏振方向相同的两束平行光；
5）线偏振平行光束经过成像透镜聚合在CCD探测器上，从而在CCD探测器7上形成干涉图；
6）在CCD探测器上形成的干涉图输入至信号处理系统，信号处理系统从收到的电信号中提取出在各偏振态下目标各点对应的干涉数据，对干涉数据其进行傅里叶变换，从而得到目标各点对应的四组不同偏振态信息。
本发明提出了一种基于微透镜和savart偏光镜的偏振干涉成像光谱系统及其成像方法。本发明很好地将微透镜阵列和savart偏光镜结合起来构成新型偏振干涉成像光谱仪，实现同步获取四维偏振信息及同时获得多个偏振干涉子图像，还能获取两维空间信息及一维光谱信息。本发明成像光谱系统不仅结构稳定，而且具有宽光谱和高通量等优点。本发明是一种结构简单稳定，没有任何机械运动部件和电调谐器件的偏振干涉成像光谱系统，本发明的成像方法能同时获得物体的两维空间信息、一维光谱信息及四维偏振信息，以及同一线偏振态的多个干涉子图像。
附图说明
图1为本发明成像方法的流程图。
图2是本发明偏振干涉成像光谱系统的光路图。
具体实施方式
实施例：
本发明偏振干涉成像光谱系统的光路图如图2所示，本发明的偏振干涉成像光谱系统，包括有微透镜阵列1、准直镜2、第一偏振阵列3、savart偏光镜组4、第二偏振阵列5、成像透镜6、CCD探测器7、信号处理系统8，其中目标光源入射微透镜阵列1，经过准直镜2形成平行光，再经过第一偏振阵列3形成线偏振光， Savart偏光镜组4将线偏振光束分成两束线偏振平行光，再经过第二偏振阵列5形成偏振方向相同的线偏振光，最后通过成像透镜6聚合在CCD探测器7上，形成干涉图，CCD探测器7上形成的干涉图输入信号处理系统8进行处理得到带有偏振信息的光谱图。上述Savart偏光镜是一种双折射晶体，能够将入射的线偏振光分成两束平行光，再令两束光干涉，从而获得带有偏振信息的干涉图，在利用傅里叶变换获得带有偏振信息的光谱图，利用Savart偏光镜能够大大简化干涉光谱仪的机械结构，且提高光通量，结合偏振阵列可以获得多种线偏振态的信息；微透镜阵列具有多孔径成像的作用，通过微透镜阵列将探测目标同时分成多个子图像。
本实施例中，上述第一偏振阵列3是由四个共面的线偏振器组成。
本实施例中，上述第一偏振阵列3中的线偏振器的线偏振方向从左上按顺时针排列分别是0°、90°、-45°、45°。
本实施例中，上述Savart偏光镜组4是由两块Savart偏光镜组成，上下各一块。
本实施例中，上述第二偏振阵列5由两个共面的线偏振器组成，上下各一个。
本实施例中，上述第二偏振阵列5中的线偏振器的线偏振方向从上到下分别是90°和-45°。
本实施例中，上述信号处理系统8对在CCD探测器7上形成的干涉图进行傅里叶变换，得到带有偏振信息的光谱图。
本发明偏振干涉成像光谱系统结合了savart偏光镜能够分出两平行的线偏振光和结构简单的优点以及微透镜阵列同时分孔径成像的优点。本发明结构简单稳定，没有任何机械运动部件和电调谐器件，而且能同时获得物体的两维空间信息、一维光谱信息及四维偏振信息，以及同一线偏振态的多个干涉子图像。
本发明偏振干涉成像光谱系统的成像方法，包括如下步骤：
1）探测目标入射微透镜阵列1后，形成N个携带相同信息的子图像；
2）再经过准直镜2形成平行光；
3）平行光入射第一偏振阵列3，第一偏振阵列3由四个共面的线偏振器组成，故平行光经过具有四种线偏振方向的共面线偏振阵列后产生线偏振光，每个线偏振方向都有N/4个偏振信息相同的子图像；
4）带有线偏振信息的光束进入上下分布的两块Savart偏光镜4，每个子图像被Savart偏光镜4分成两束平行光，再经过第二偏振阵列5，因第二偏振阵列5由两个共面的线偏振器组成，故两束平行光经过两个共面的线偏振器后形成偏振方向相同的两束平行光；
5）线偏振平行光束经过成像透镜6聚合在CCD探测器7上，从而在CCD探测器7上形成干涉图；
6）在CCD探测器7上形成的干涉图输入至信号处理系统8，信号处理系统8从收到的电信号中提取出在各偏振态下目标各点对应的干涉数据，对干涉数据其进行傅里叶变换，从而得到目标各点对应的四组不同偏振态信息。
Claims (7)
1.一种偏振干涉成像光谱系统，其特征在于包括有微透镜阵列、准直镜、第一偏振阵列、savart偏光镜组、第二偏振阵列、成像透镜、CCD探测器、信号处理系统，其中目标光源入射微透镜阵列，经过准直镜形成平行光，再经过第一偏振阵列形成线偏振光， Savart偏光镜组将线偏振光束分成两束线偏振平行光，再经过第二偏振阵列形成偏振方向相同的线偏振光，最后通过成像透镜聚合在CCD探测器上，形成干涉图，CCD探测器上形成的干涉图输入信号处理系统进行处理得到带有偏振信息的光谱图；上述第一偏振阵列是由四个共面的线偏振器组成；上述第一偏振阵列中的线偏振器的线偏振方向从左上按顺时针排列分别是0°、90°、-45°、45°。
2.根据权利要求1所述的偏振干涉成像光谱系统，其特征在于上述Savart偏光镜组是由两块Savart偏光镜组成，上下各一块。
3.根据权利要求1所述的偏振干涉成像光谱系统，其特征在于上述第二偏振阵列由两个共面的线偏振器组成，上下各一个。
4.根据权利要求1所述的偏振干涉成像光谱系统，其特征在于上述第二偏振阵列中的线偏振器的线偏振方向从上到下分别是90°和-45°。
5.根据权利要求1至4任一项所述的偏振干涉成像光谱系统，其特征在于上述信号处理系统对在CCD探测器上形成的干涉图进行傅里叶变换，得到带有偏振信息的光谱图。
6.一种根据权利要求1所述的偏振干涉成像光谱系统的成像方法，其特征在于包括如下步骤：
1）探测目标入射微透镜阵列后，形成N个携带相同信息的子图像；
2）再经过准直镜形成平行光；
3）平行光入射第一偏振阵列，第一偏振阵列由四个共面的线偏振器组成，故平行光经过具有四种线偏振方向的共面线偏振阵列后产生线偏振光，每个线偏振方向都有N/4个偏振信息相同的子图像；
4）带有线偏振信息的光束进入上下分布的两块Savart偏光镜，每个子图像被Savart偏光镜分成两束平行光，再经过第二偏振阵列，因第二偏振阵列由两个共面的线偏振器组成，故两束平行光经过两个共面的线偏振器后形成偏振方向相同的两束平行光；
5）线偏振平行光束经过成像透镜聚合在CCD探测器上，从而在CCD探测器上形成干涉图；
6）在CCD探测器上形成的干涉图输入至信号处理系统，信号处理系统从收到的电信号中提取出在各偏振态下目标各点对应的干涉数据，对干涉数据其进行傅里叶变换，从而得到目标各点对应的四组不同偏振态信息。
7.根据权利要求6所述的偏振干涉成像光谱系统的成像方法，其特征在于上述第二偏振阵列的两个共面的线偏振器分别是上下各一个线偏振器，上面的线偏振器偏振方向为90°，下面的线偏振器偏振方向为-45°。
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