CN106197670B - 一种双模式全偏振成像测偏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及偏振成像领域，尤其涉及一种双模式全偏振成像测偏方法，包括采用快拍模式或分时模式对目标进行全偏振成像测偏：入射光经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜和偏振片后转化为四束平行的线偏振光，经成像得到入射光的第一干涉图，经解调后得到入射光的S0～3图像；沿偏振片所在的平面水平旋转偏振片90°，再经成像得到入射光的第二干涉图，将第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到S1～3图像；偏振片的偏振化方向角为22.5°。本发明提供了一种可针对不同目标不同需求选择不同的全偏振成像模式的双模式测偏方法。
Description
技术领域
本发明涉及偏振成像领域，尤其涉及一种双模式全偏振成像测偏方法。
背景技术
采用传统萨瓦偏光镜组合(CSPs)作为核心分光器件的快拍成像测偏方法(SIP)的光路原理图如图1-3所示，图1是以传统萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪，包括，光源发射的入射光Input light 1，滤波器Filter 2，第一传统萨瓦偏光镜CSP13，半波片HWP 4，偏振化方向角为22.5°，第二传统萨瓦偏光镜CSP2 5，分析器Analyer 6，偏振化方向角为45°，透镜Lens 7，电荷耦合元件CCD 8，透镜与电荷耦合元件之间的间距f9，θ为入射角，图2是传统萨瓦偏光镜(CSP)横向剪切分束入射光线示意图，包括，光程差OPD10，Δ为CSP的单板横向剪切量，图3是从CSP2后表面出射的四条光线。该方法的优点是通过一次拍摄就能获取全部的偏振信息和目标图像。该方法的不足是由于CSPs对入射光线采用对角剪切，导致每个Stokes分量通道宽度较窄，反演目标图像的空间分辨率和信噪比低，而且视场较小，远场易出现双曲线条纹。
采用改进型萨瓦偏光镜组合(MSPs)替代传统萨瓦偏光镜组合(CSPs)作为核心分光器件的快拍成像测偏方法的光路原理图如图4-6所示，图4是以改进型萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪，包括，光源发射的入射光Input light 1，滤波器Filter 2，第一改进型萨瓦偏光镜MSP1 3，半波片HWP 4，偏振化方向角为22.5°，第二改进型萨瓦偏光镜MSP2 5，分析器Analyer 6，偏振化方向角为45°，透镜Lens 7，电荷耦合元件CCD 8，透镜与电荷耦合元件之间的间距f9，θ为入射角，图5是改进型萨瓦偏光镜(MSP)横向剪切分束入射光线示意图，包括，光程差OPD 10，Δ为MSP的单板横向剪切量，图6是从MSP2后表面出射的四条光线。该方法的优点是通过一次拍摄就能获取全部的偏振信息和目标图像；该方法相比于CSPSIP有明显优势：入射光线被沿着竖直和水平方向剪切，而且光线之间的横向剪切量增大倍，空间载频提高了两倍，通道宽度增加了两倍，反演目标的每个Stokes矢量的数据面积增大了4倍，因此信噪比和空间分辨率有显著提高。此外，由于采用了MSPs，它具有视场补偿的功能，所以MSPSIP的视场明显大于CSPSIP。该方法的不足是S2和S3的调制系数仅是S1的一半，导致在相同的噪声水平下，反演出的S2和S3的信噪比明显低于S1，这将会导致由S2或S3分量计算出来的偏振参量(如偏振角θ＝[arctan(S2/S1)]/2，偏振方位角等)信噪比不高，不利于偏振信息的后续利用；偏振化参数S0通道对其他通道有串扰，而且S0的空间分辨率低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明设计开发了一种双模式全偏振成像测偏方法，目的在于提供一种可针对不同目标不同需求选择不同的全偏振成像模式，从而进行测偏的双模式测偏方法；一方面使得调制系数S1，S2和S3一致，有利于偏振信息的后续利用；另一方面消除通道间的串扰，移除伪信号，同时获取目标的全分辨率S0图像。
本发明提供的技术方案为：
一种双模式全偏振成像测偏方法，包括：
采用快拍模式或分时模式对目标进行全偏振成像测偏，
所述快拍模式的全偏振成像测偏方法为：
第一目标光源发射的一束入射光经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜和偏振片后转化为四束平行的线偏振光，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像；
所述分时模式的全偏振成像测偏的方法为：
第二目标光源发射的一束入射光经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜和偏振片后转化为四束平行的线偏振光，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第一干涉图；然后沿所述偏振片所在的平面水平旋转所述偏振片90°，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后再次成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第二干涉图，将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像；
其中，所述偏振片的偏振化方向角为22.5°。
通过两次测量，消除通道间的串扰，移除伪信号，同时获取目标的全分辨率S0图像，空间分辨率提高9倍。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述快拍模式的第一目标光源为动态目标或静态目标，根据实际需要选择。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述分时模式的第二目标光源为静态目标。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述偏振片的旋转方向为顺时针或逆时针水平旋转90°。顺时针或逆时针水平旋转90°可以使得偏振片偏振化方向角转变为77.5°或112.5°。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述偏振片为分析器。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述第一改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的竖直轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述第二改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的水平轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。入射光线被沿着竖直和水平方向剪切，而且光线之间的横向剪切量增大倍，空间载频提高了两倍，通道宽度增加了两倍，反演目标的每个Stokes矢量的数据面积增大了4倍，因此信噪比和空间分辨率有显著提高。
优选的是，所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述半波片的偏振化方向角为22.5°。
本发明所述的双模式全偏振成像测偏方法中，可针对不同目标不同需求选择不同的全偏振成像模式。对动态和静态目标均可选择快拍模式，即将所述偏振片的偏振化方向角由原来的45°转化成22.5°，将得到的所述入射光的第一干涉图解调得到所述入射光的S0～3图像，均衡了S1，S2和S3的调制系数，使得S1，S2和S3调制系数相等，有利于偏振信息的后续利用。对静态目标选择分时模式，即在得到所述入射光的第一干涉图后，沿所述偏振片所在的平面水平旋转所述偏振片90°，得到所述入射光的第二干涉图。将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像，通过两次测量，消除了S0对S1～3通道间的串扰，移除了伪信号，同时获取了目标的全分辨率S0图像，提高了空间分辨率。
附图说明
图1是以传统萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪的示意图；
图2是传统萨瓦偏光镜(CSP)横向剪切分束入射光线示意图；
图3是从CSP2后表面出射的四条光线的示意图；
图4是以改进型萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪的示意图；
图5是改进型萨瓦偏光镜(MSP)横向剪切分束入射光线示意图；
图6是从MSP2后表面出射的四条光线的示意图；
图7是本发明的以改进型萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪的示意图一；
图8是本发明的以改进型萨瓦偏光镜组合为横向剪切分束器件的快拍成像测偏仪的示意图二；
图9是本发明的改进型萨瓦偏光镜(MSP)横向剪切分束入射光线示意图；
图10是本发明的从MSP2后表面出射的四条光线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图7～10所示，本发明提供一种双模式全偏振成像测偏方法，包括：
采用快拍模式或分时模式对目标进行全偏振成像测偏，
所述快拍模式的全偏振成像测偏方法为：
第一目标光源发射的一束入射光Input light 1经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片Filter 2、第一改进型萨瓦偏光镜MSP1 3、半波片HWP 4、第二改进型萨瓦偏光镜MSP2 5和偏振片Analyer 6后转化为四束平行的线偏振光eooe、eoeo、oeeo和oeoe，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜Lens 7后成像于电荷耦合元件CCD 8上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像；
所述分时模式的全偏振成像测偏的方法为：
第二目标光源发射的一束入射光Input light 1经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片Filter 2、第一改进型萨瓦偏光镜MSP1 3、半波片HWP 4、第二改进型萨瓦偏光镜MSP2 5和偏振Analyer 6片后转化为四束平行的线偏振光eooe、eoeo、oeeo和oeoe，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜Lens 7后成像于电荷耦合元件CCD 8上，得到所述入射光的第一干涉图；然后沿所述偏振片所在的平面水平旋转所述偏振片90°，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后再次成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第二干涉图，将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像；
其中，所述偏振片的偏振化方向角为22.5°，所述半波片的偏振化方向角为22.5°，θ为入射角，10为光程差OPD。
在MSPSIP原方案(分析器的偏振化方向角θ＝45°)中，S2和S3的调制系数仅是S1的一半，导致在相同的噪声水平下，反演出的S2和S3的信噪比明显低于S1，不利于偏振信息的后续利用。申请人经过一系列的研究发现，调整分析器的偏振化方向角，可提高S2和S3的调制系数，使得S1～3的信噪比更加均衡，有利于偏振信息的后续利用。因此在本申请的技术方案中将分析器的偏振化方向角设置为22.5°，使得S2、S3和S1调制系数相等，达到了预期的目标。前期研究表明，测量空间频率较高的目标时，S0通道对其他通道串扰较明显，因此申请人设计旋转一次分析器，通过两次测量，得到两个干涉图，将两个干涉图相加得到全分辨率图像，消除通道间的串扰，移除伪信号，同时获取目标的全分辨率S0图像，空间分辨率提高了9倍。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述快拍模式的第一目标光源为动态目标或静态目标。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述分时模式的第二目标光源为静态目标。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述偏振片的旋转方向为顺时针或逆时针水平旋转90°。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述偏振片为分析器。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述第一改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的竖直轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。
所述的双模式全偏振成像测偏方法中，所述第二改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的水平轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。
实施例1
对动态目标选择快拍模式，光源发射的一束入射光Input light经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片Filter、第一改进型萨瓦偏光镜MSP1、半波片HWP、第二改进型萨瓦偏光镜MSP2和分析器Analyer后转化为四束平行的线偏振光eooe、eoeo、oeeo和oeoe，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜Lens后成像于电荷耦合元件CCD上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像，其中S1，S2和S3的调制系数相等；其中，所述分析器的偏振化方向角为22.5°，所述半波片的偏振化方向角为22.5°，θ为入射角，10为光程差OPD。
实施例2
对静态目标同时选择快拍模式和分时模式。
快拍模式：光源发射的一束入射光Input light经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片Filter、第一改进型萨瓦偏光镜MSP1、半波片HWP、第二改进型萨瓦偏光镜MSP2和分析器Analyer后转化为四束平行的线偏振光eooe、eoeo、oeeo和oeoe，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜Lens后成像于电荷耦合元件CCD上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像，此时S1，S2和S3的调制系数相等，其中，所述分析器的偏振化方向角为22.5°，所述半波片的偏振化方向角为22.5°，θ为入射角，10为光程差OPD。
分时模式：在得到所述入射光的第一干涉图后，沿所述分析器所在的平面顺时针水平旋转所述分析器90°，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后再次成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第二干涉图，将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像。
实施例3
对静态目标同时选择快拍模式和分时模式。
快拍模式：光源发射的一束入射光Input light经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片Filter、第一改进型萨瓦偏光镜MSP1、半波片HWP、第二改进型萨瓦偏光镜MSP2和分析器Analyer后转化为四束平行的线偏振光eooe、eoeo、oeeo和oeoe，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜Lens后成像于电荷耦合元件CCD上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像，此时S1，S2和S3的调制系数相等，其中，所述分析器的偏振化方向角为22.5°，所述半波片的偏振化方向角为22.5°，θ为入射角，10为光程差OPD。
分时模式：在得到所述入射光的第一干涉图后，沿所述分析器所在的平面逆时针水平旋转所述分析器90°，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后再次成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第二干涉图，将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，包括采用快拍模式或分时模式对目标进行全偏振成像测偏，
所述快拍模式的全偏振成像测偏方法为：
第一目标光源发射的一束入射光经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜和偏振片后转化为四束平行的线偏振光，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第一干涉图，经解调后得到所述入射光的S0～3图像；
所述分时模式的全偏振成像测偏的方法为：
第二目标光源发射的一束入射光经过沿入射光传播方向依次同轴放置的滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜和偏振片后转化为四束平行的线偏振光，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第一干涉图；然后沿所述偏振片所在的平面水平旋转所述偏振片90°，所述四束平行的线偏振光穿过同轴设置的透镜后再次成像于电荷耦合元件上，得到所述入射光的第二干涉图，将所述第一干涉图和第二干涉图相加得到消除串扰的目标的全分辨率S0图像，将所述第一干涉图和第二干涉图的差图像解调得到调制系数均衡而且消去串扰的S1～3图像；
其中，所述偏振片的偏振化方向角为22.5°。
2.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述快拍模式的第一目标光源为动态目标或静态目标。
3.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述分时模式的第二目标光源为静态目标。
4.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述偏振片的旋转方向为顺时针或逆时针水平旋转90°。
5.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述偏振片为分析器。
6.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述第一改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的竖直轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。
7.如权利要求6所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述第二改进型萨瓦偏光镜的前板光轴和后板光轴以所述前板和后板的对接面的水平轴为对称轴呈轴对称设置，且位于同一平面内，二者夹角为90°。
8.如权利要求1所述的双模式全偏振成像测偏方法，其特征在于，所述半波片的偏振化方向角为22.5°。
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2015
- 2015-05-28 CN CN201510282699.XA patent/CN106197670B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1811357A (zh) * | 2005-01-21 | 2006-08-02 | 北海道Tlo株式会社 | 分光偏振测定法 |
| CN102879097A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-16 | 西安交通大学 | 圆偏振高光谱成像探测系统 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 《Snapshot imaging polarimeter using modified Savart polariscopes》;Qizhi Cao，Chunming Zhang，Edward Dehoog;《Applied Optics》;20120812;第51卷(第24期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106197670A (zh) | 2016-12-07 |
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