CN107941468A - 一种光纤偏振态的可视化动态检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤偏振态的可视化动态检测方法及装置。采用涡旋玻片或角向偏振片生成矢量偏振光场，利用矢量偏振光场和数字图像处理技术实现光纤偏振态的可视化动态检测。相对于传统的光纤偏振态检测方案，本发明提供的技术方案可实时动态显示并检测光纤中传输光波的偏振态，对光源波长和功率变化的敏感性低，特别适合于具有较大工作波长范围的光电系统中光波偏振态的检测，检测精度高、速度快，检测结果直观、可动态显示，且系统结构简单、使用方便、无任何机械运动部件。

Description

一种光纤偏振态的可视化动态检测方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤技术和偏振检测领域，进一步是涉及一种利用矢量偏振光场和数字图像处理技术实现光纤偏振态可视化动态检测的方法与装置。

背景技术

光纤作为一种圆柱形介质光波导，在光通信与传感领域具有重要应用。然而由于光纤拉制不完善、使用时易受外界因素(应力、温度变化等)的影响，光纤中的偏振态会发生随机改变，进而增加通信误码率或降低传感精度，甚至导致系统不能正常工作。在光纤通信领域，光纤中的偏振效应(如偏振模色散、偏振相关调制及损耗等)会限制系统的传输速率和传输距离；在光纤传感领域，外界因素随机变化会导致偏振衰落，进而影响相干检测系统的性能。此外，对光纤中的偏振态进行动态实时监测，不仅可以对通信系统的工作状态进行监控，提高光纤通信的保密程度；还可以用来制成光纤入侵检测传感器，通过检测光纤偏振态是否受到外界扰动，进而判断是否有侵扰行为发生。因此，快速准确地测量光纤中传输光波的偏振态，控制并补偿光纤中偏振态的变化，具有重要的应用价值与实际意义。

目前实现偏振检测的方法主要有时序型、空域型和干涉型三类。时序型检测系统通常是通过旋转光学元件(偏振片、玻片)或加入各种调制器件(电光、磁光、液晶等)改变偏振状态，并在不同时刻依次获取不同偏振状态下光强的偏振检测系统。这类系统因采用分时探测方式，实时性较差，且旋转光学元件存在非共轴误差，降低了系统的精度和稳定性。空域型检测是利用分束器件或采用多个子系统，在多个通道同时获取不同偏振状态下的输出光强，通过计算得到入射光波的Stokes(斯托克斯)分量，具体有分孔径(分波前)、分振幅和分焦平面阵列等多种形式。空域型偏振检测仪可实时获得多个偏振分量，数据处理相对简单，但会降低能量利用率并牺牲部分空间分辨率，且对各通道的空间配准要求高。干涉型偏振检测系统是利用分束器件，将光路分成调制有偏振信息的多路，然后汇聚于探测面并相干叠加，进而获取带有偏振信息的干涉图样，再利用计算机从干涉图中解算出待测光波的偏振信息。这类方案一般只适用于单波长的偏振检测系统，且从干涉图中提取偏振信息的运算量较大。

近年来广泛研究的光纤偏振态检测方法，基本都可归结为以上三类。时序型如2011年7月13日由延凤平等公布的中国发明专利(201010597611.0)“全自动光纤偏振特性分析系统”，采用磁光调制器件实现光波偏振态的自动调整，避免了机械旋转导致的非共轴误差，但磁光器件对波长、温度等敏感，且易受外界电磁场的干扰影响。空域型如2010年3月17日由谢尚然等公布的中国发明专利(200910092602.3)“一种光偏振检测仪”，利用分束器以分振幅方式实现了多个通道偏振信息的同时检测，但分束器分成三个通道的能量分光比是波长相关的，即波长不同时系统的标校参数不同，影响了检测的灵活性和适应性。干涉型如2012年1月18日由肖倩等公布的中国发明专利(201110226648.7)“监测光纤偏振变化的方法与光路系统”，通过构建光纤干涉光路来监测光纤偏振的变化，该方案显然也只适用于单波长或窄线宽光波的偏振检测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新的光纤偏振态可视化动态检测装置，还相应提供一种基于矢量偏振光场和数字图像处理技术的光纤偏振态可视化动态检测方法。采用该方法实现的光纤偏振检测系统对光源波长和功率变化的敏感性低，检测精度高、速度快，检测结果直观、可动态显示，且无任何机械运动部件。

本发明所采用的第一种技术方案为：一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，包括：光纤偏振态发生及控制单元、偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元，光纤偏振态发生及控制单元产生并输出不同偏振态的待测光波；偏振态可视化单元将入射偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像；偏振图像采集及计算单元将偏振图像采集进计算机并经专业软件分析解算，得到待测线偏振光的方向和偏振度。

所述光纤偏振态发生及控制单元包括；光源、光纤起偏器、偏振控制器、待测光纤、光纤准直器。所述光纤起偏器将光源发出的光转换为线偏振光，所述偏振控制器用于改变线偏振光的方向，所述待测光纤用于传输待测线偏振光并敏感外界参量变化，所述光纤准直器将入射偏振光扩束后准直输出，便于后续偏振态可视化单元的计算及分析。

所述偏振态可视化单元包括：毛玻璃散射片、涡旋玻片、检偏器。所述毛玻璃散射片将上述光纤准直器输出的偏振光波散射成光强分布均匀的弥散光斑，所述涡旋玻片为零级涡旋半玻片，它在整个通光孔径上具有恒定的半波相位延迟，但其快轴在整个玻片上沿角向方向连续旋转，它将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光；所述检偏器为高消光比偏振片，其偏振方向与涡旋玻片的零度快轴方向保持一致，它将前述径向偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向。

所述偏振图像采集及计算单元包括：成像光学系统、红外相机、计算机。所述成像光学系统将上述偏振图像成像在所述红外相机的焦平面上，所述红外相机将光学偏振图像转化为数字图像后采集进所述计算机，所述计算机运行相应的图像处理软件，计算得到入射偏振光的偏振方向和偏振度。

本发明所提供的另一种技术方案是：一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，包括：光纤偏振态发生及控制单元、偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元，光纤偏振态发生及控制单元产生并输出不同偏振态的待测光波；偏振态可视化单元将入射偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像；偏振图像采集及计算单元将偏振图像采集进计算机并经专业软件分析解算，得到待测线偏振光的方向和偏振度；

所述偏振态可视化单元包括：毛玻璃散射片、角向偏振片；所述角向偏振片是一个具有圆形同心传播轴的偏振器件，每一片小的区域都可看成是一个线型偏振片，其偏振轴的方向垂直于径向。所述角向偏振片将入射线偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光的振动方向。所述光纤偏振态发生及控制单元、偏振图像采集及计算单元与第一种技术方案相同。

第一或第二种技术方案中，所述光纤偏振态发生及控制单元中的光纤准直器也可移除，待测偏振光波直接从所述偏振控制器的光纤端面输出，并在自由空间中衍射传输，精确控制所述偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元在光波传播方向上的纵向距离与横向位置，也可实现待测光纤偏振态的可视化动态检测。

第一或第二种技术方案中，所述毛玻璃散射片选择散射度比较低(颗粒较细，通常500目以上)的散射片，对波长较长的红外光波也可移除毛玻璃散射片，以利于获得光强分布相对均匀的散射光场。

本发明所提供的技术方案不仅适用于光纤中传输红外光波偏振态的可视化动态检测，也适用于光纤中传输可见光波或紫外光波偏振态的可视化动态检测，只需将上述方案中偏振态可视化单元中的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片分别用可工作于可见光或紫外波段的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片替换，同时将偏振图像采集及计算单元中的成像镜头和红外相机替换为对见光波或紫外光波更为敏感的成像镜头和相机即可。

本发明所提供的技术方案不仅适用于光纤中传输光波偏振态的可视化动态检测，也适用于自由空间中传输的线偏振光偏振方向和偏振度的可视化动态检测，只需将上述方案中光纤偏振态发生及控制单元替换为普通光源和线型偏振片即可。

本发明所提供的技术方案采用的偏振图像采集相机，应选择动态范围大、灵敏度高、信噪比高、靶面尺寸大的相机，有利于获取高质量的偏振图像并进行高精度的偏振检测。

本发明还相应提供一种基于矢量偏振光场和数字图像处理技术的光纤偏振态可视化动态检测方法，包括以下步骤：

第一步，扩束并均匀化待测光场：利用准直器或扩束系统将待测线偏振光转换为尺寸较大发散角较小的准直光束输出，并通过毛玻璃散射片的散射作用进一步获得光强分布非常均匀的待测偏振光场；

第二步，生成矢量偏振光场：利用零级涡旋半玻片产生恒定的半波相位延迟，将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光，或利用角向偏振片直接将非偏振光起偏为偏振方向连续变化的角向矢量偏振光，即生成矢量偏振光场；

第三步，可视化偏振方向：通过偏振方向与涡旋玻片零度快轴方向一致的高消光比偏振片对径向矢量偏振光场检偏，或直接对角向偏振片产生的角向矢量偏振光场进行检偏，形成光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，进而实现了偏振方向的可视化；

第四步，采集偏振图像：通过成像光学系统将偏振图像聚焦成像在高灵敏度相机的成像探测靶面上，并设置光圈大小、曝光时间、增益值、存储格式等图像采集参数，利用高灵敏度相机实时采集并动态显示含偏振特征信息的图像，并将连续采集的序列图像存储在计算机中；

第五步，计算偏振方向与偏振度：编写并运行数字图像处理程序，对采集存储的序列偏振图像进行裁剪、对比度拉伸、空间滤波等预处理，然后利用雷登(Radon)变换、感兴趣区域(Region Of Interesting，ROI)检测、相关运算等数字图像处理技术对偏振图像进行处理，获得待测光波的偏振方向与偏振度。

本发明的有益效果是：采用涡旋玻片或角向偏振片生成矢量偏振光场，利用矢量偏振光场和数字图像处理技术实现光纤偏振态的可视化动态检测。相对于传统的光纤偏振态检测方案，本发明提供的技术方案可实时动态显示并检测光纤中传输光波的偏振态，对光源波长和功率变化的敏感性低，特别适合于具有较大工作波长范围的光电系统中光波偏振态的检测，检测精度高、速度快，检测结果直观、可动态显示，且系统结构简单、使用方便、无任何机械运动部件。

附图说明

图1为本发明实施例的光纤偏振检测系统的组成结构示意图；

图2为本发明提供的偏振检测方法的具体实施流程图；

图3为本发明实施例中采集的红外光偏振可视化图像及计算结果；

图4为本发明实施例中采集的可见光偏振可视化图像及计算结果；

图5为本发明实施例中对某一偏振方向角进行重复测量的结果；

图6为本发明实施例中对不同偏振方向进行连续步进测量的结果。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明实施例中光纤偏振检测系统的组成结构示意图。如图所示，本具体实施方式，包括光纤偏振态发生及控制单元1、偏振态可视化单元2和偏振图像采集及计算单元3，所述光纤偏振态发生及控制单元1包括光源101、光纤起偏器102、偏振控制器103、待测光纤104与光纤准直器105；所述偏振态可视化单元2包括毛玻璃散射片201、涡旋玻片202与检偏器203；所述偏振图像采集及计算单元3包括成像光学系统301、红外相机302与计算机303。作为另一种可选技术方案，所述偏振态可视化单元2中的涡旋玻片202与检偏器203可整体用角向偏振片204替换。所述光纤偏振态发生及控制单元1用于产生并输出不同偏振方向的待测线偏振光，光源101输出一定功率(如10mw)的光波并经光纤输出，再由光纤起偏器102转换为线偏振光，偏振控制器103用于改变线偏振光的方向，偏振方向受控的线偏振光在待测光纤104中传输，并由光纤准直器105扩束后准直输出，以便后续偏振态可视化单元的计算及分析。所述偏振态可视化单元2用于将入射偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，毛玻璃散射片201将光纤准直器105输出的偏振光波散射成光强分布均匀的弥散光斑，并经涡旋玻片202和检偏器203共同作用后生成光强呈楔形亮暗分布的偏振图像。所述涡旋玻片202为零级涡旋半玻片，它在整个通光孔径上具有恒定的相位延迟，但其快轴在整个玻片上沿角向连续旋转，它将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向偏振光；所述检偏器203为高消光比偏振片，其偏振方向与涡旋玻片的零度快轴方向保持一致，它将前述角向偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向。所述偏振图像采集及计算单元3用于将偏振图像采集进计算机并经专业软件分析解算，得到待测线偏振光的方向和偏振度。成像光学系统301将偏振态可视化单元2生成的偏振图像成像在红外相机302的焦平面上，红外相机302将光学偏振图像转化为数字图像后采集进计算机303，计算机303运行相应的图像处理软件，计算得到入射偏振光的偏振方向和偏振度。

图2为本发明提供的偏振检测方法的具体实施流程图。本发明提供的一种基于矢量偏振光场和数字图像处理技术的光纤偏振态可视化动态检测方法，其步骤包括：

第一步，扩束并均匀化待测光场：利用准直器或扩束系统105将待测线偏振光转换为尺寸较大发散角较小的准直光束输出，并通过毛玻璃散射片201的散射作用进一步获得光强分布非常均匀待测偏振光场；

第二步，生成矢量偏振光场：利用零级涡旋半玻片202产生恒定的半波相位延迟，将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光，或利用角向偏振片204直接将非偏振光起偏为偏振方向连续变化的角向矢量偏振光，即生成矢量偏振光场；

第三步，可视化偏振方向：通过偏振方向与涡旋玻片零度快轴方向一致的高消光比偏振片203对径向矢量偏振光场检偏，或直接对角向偏振片204产生的角向矢量偏振光场进行检偏，形成光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，进而实现了偏振方向的可视化；

第四步，采集偏振图像：通过成像光学系统301将偏振图像聚焦成像在高灵敏度相机302的成像探测靶面上，并设置光圈大小、曝光时间、增益值、存储格式等图像采集参数，再利用相机302实时采集并动态显示含偏振特征信息的图像，并将连续采集的序列图像存储在计算机303中；

第五步，计算偏振方向与偏振度：编写并运行数字图像处理程序，对采集存储的序列偏振图像进行裁剪、对比度拉伸、空间滤波等预处理，然后利用雷登(Radon)变换、感兴趣区域(Region Of Interesting，ROI)检测、相关运算等数字图像处理技术对偏振图像进行处理，获得待测光波的偏振方向与偏振度。

为检验本发明所提技术方案的实际检测效果，依据图1所示的系统结构图实际搭建了光纤偏振态的动态实时检测实验系统。红外光偏振检测实验系统中所用光源为中心1550nm带宽约40nm的宽带光源，涡旋玻片为Thorlabs(索雷博)公司生产的WPV10L-1550型零级涡旋半玻片，红外相机为Spiricon公司生产的7290A型相机。图3为本发明实施例中采集的红外光偏振可视化图像及计算结果。如图所示，红外相机采集的偏振图像的光强呈楔形亮暗对称分布，亮区中心线与暗区中心线相互垂直，暗区中心线所在方向即为入射线偏振光的方向，经优化图像处理参数，运行软件计算出的亮区中心线与水平方向的夹角为21.8381度。可见光偏振检测实验系统中所用光源为中心波长为633nm的半导体激光器，涡旋玻片为Thorlabs(索雷博)公司生产的WPV10L-633型零级涡旋半玻片，相机为PiontGrey(灰点)公司生产的GS3-U3-41C6M-C型相机。图4为本发明实施例中采集的可见光偏振可视化图像及计算结果。如图4所示，由于可见光相机的分辨率高很多，且响应灵敏度和动态范围等指标均较好，所得可见光偏振可视化图像的对比度、清晰度要明显好于红外光图像，显然这对准确地提取光波的偏振方向是有利的。经再次优化图像处理参数，运行软件计算出的亮区中心线与水平方向的夹角为-24.0629度。由此可见，对不同波长不同偏振方向的入射光波，无论光源的带宽大小，采用本方案均可实现偏振方向的有效检测。

为检验本发明所提技术方案在偏振检测过程中的重复性与稳定性，在某一偏振方向角下开展了重复性测量实验，每间隔1分钟采集1幅图像，共采集7副图像进行分析计算。图5为本发明实施例中对某一偏振方向角进行多次重复测量的结果。由图可见，同一偏振方向角下测量结果的重复性很好，7次测量结果的平均值为21.9042度，均方根误差为0.019度，两次测量结果的最大误差为0.053度。

为检验本发明所提技术方案在不同偏振方向角下的偏振检测精度，去除图1中的光纤起偏器，采用Thorlabs(索雷博)公司生产的PRM1Z8型高精度步进电机带动起偏器精确旋转指定角度，以获得已知准确偏振方向的输入线偏振光，进而实现对本发明所提方案的偏振检测精度的检验。图6为本发明实施例中对不同偏振方向进行连续步进测量的结果，实验中步进电机每次旋转4.5度，即偏振方向每次改变4.5度，自初始位置开始连续改变5次，总共改变18度，具体测量结果及误差如图6所示。图6横坐标为测量位置，左侧纵坐标为每个位置下的测量结果(标准值与实际测量值)，右侧纵坐标为对应的测量误差。由图可见，在从起始位置21.9度旋转至39.9度的18度范围内，每个偏振角度下采集5幅图像，取计算结果的平均值作为该角度下的测量值，进而得到5个偏振角度下的测量结果的分别为21.8936度、26.4131度、30.8279度、35.3245度和39.871度，与标准值(21.9、26.4、30.9、35.4、39.9)的最大误差不超过0.1度，进一步验证了采用本发明所提技术方案可进行高精度的偏振方向检测。

本发明提供的基于矢量偏振光场和数字图像处理技术的光纤偏振态可视化动态检测系统及方法，采用涡旋玻片或角向偏振片构建矢量偏振光场，利用矢量偏振光场和数字图像处理技术实现光纤偏振态的可视化动态检测，通过优化图像处理参数与图像处理算法，可以实现光波偏振方向和偏振度的快速高精度检测。这是一种在检测原理上完全不同于传统偏振检测方案的新技术，采用本发明所述方法实现的光纤偏振态检测系统，目前已经实现了光纤中1550nm通信波段和可见光波段线偏振光偏振方向的快速高精度检测，检测精度优于0.1度，单次检测耗时数十毫秒，具有检测精度高、速度快，检测结果直观、可动态显示，对光源波长和功率变化不敏感，使用方便、无机械运动部件等特点，非常适合于具有较大工作波长范围的光电系统中光波偏振态的检测。

Claims (7)

1.一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，包括：光纤偏振态发生及控制单元、偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元，其特征在于，光纤偏振态发生及控制单元产生并输出不同偏振态的待测光波；偏振态可视化单元将入射偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像；偏振图像采集及计算单元将偏振图像采集进计算机并经专业软件分析解算，得到待测线偏振光的方向和偏振度；

所述光纤偏振态发生及控制单元包括；光源、光纤起偏器、偏振控制器、待测光纤、光纤准直器，所述光纤起偏器将光源发出的光转换为线偏振光，所述偏振控制器用于改变线偏振光的方向，所述待测光纤用于传输待测线偏振光并敏感外界参量变化，所述光纤准直器将入射偏振光扩束后准直输出，便于后续偏振态可视化单元的计算及分析；

所述偏振态可视化单元包括：毛玻璃散射片、涡旋玻片、检偏器，所述毛玻璃散射片将上述光纤准直器输出的偏振光波散射成光强分布均匀的弥散光斑，所述涡旋玻片为零级涡旋半玻片，在整个通光孔径上具有恒定的半波相位延迟，但其快轴在整个玻片上沿角向方向连续旋转，它将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光；所述检偏器为高消光比偏振片，其偏振方向与涡旋玻片的零度快轴方向保持一致，它将前述径向偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，

所述偏振图像采集及计算单元包括：成像光学系统、红外相机、计算机，所述成像光学系统将上述偏振图像成像在所述红外相机的焦平面上，所述红外相机将光学偏振图像转化为数字图像后采集进所述计算机，所述计算机运行相应的图像处理软件，计算得到入射偏振光的偏振方向和偏振度。

2.根据权利要求1所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述偏振态可视化单元另一种形式包括：毛玻璃散射片、角向偏振片；所述角向偏振片是一个具有圆形同心传播轴的偏振器件，每一片小的区域都可看成是一个线型偏振片，其偏振轴的方向垂直于径向，所述角向偏振片将入射线偏振光转换为光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光的振动方向。

3.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述光纤偏振态发生及控制单元中的光纤准直器可移除，待测偏振光波直接从所述偏振控制器的光纤端面输出，并在自由空间中衍射传输，精确控制所述偏振态可视化单元、偏振图像采集及计算单元在光波传播方向上的纵向距离与横向位置，实现待测光纤偏振态的可视化动态检测。

4.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，所述毛玻璃散射片选择散射度低的散射片，对波长较长的红外光波也可移除毛玻璃散射片，以利于获得光强分布相对均匀的散射光场。

5.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，本可视化动态检测装置不仅适用于光纤中传输红外光波偏振态的可视化动态检测，也适用于光纤中传输可见光波或紫外光波偏振态的可视化动态检测，只需将偏振态可视化单元中的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片分别用工作于可见光或紫外波段的涡旋玻片、偏振片、角向偏振片替换，同时将偏振图像采集及计算单元中的成像镜头和红外相机替换为对可见光波或紫外光波敏感的成像镜头和相机。

6.根据权利要求1或2所述的一种光纤偏振态的可视化动态检测装置，其特征在于，本可视化动态检测装置不仅适用于光纤中传输光波偏振态的可视化动态检测，也适用于自由空间中传输的线偏振光偏振方向和偏振度的可视化动态检测，只需将光纤偏振态发生及控制单元替换为普通光源和线型偏振片。

7.一种光纤偏振态的可视化动态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，扩束并均匀化待测光场：利用准直器或扩束系统将待测线偏振光转换为尺寸较大发散角较小的准直光束输出，并通过毛玻璃散射片的散射作用进一步获得光强分布非常均匀的待测偏振光场；

第二步，生成矢量偏振光场：利用零级涡旋半玻片产生恒定的半波相位延迟，将入射线偏振光转换为偏振方向连续变化的径向矢量偏振光，或利用角向偏振片直接将非偏振光起偏为偏振方向连续变化的角向矢量偏振光，即生成矢量偏振光场；

第三步，可视化偏振方向：通过偏振方向与涡旋玻片零度快轴方向一致的高消光比偏振片对径向矢量偏振光场检偏，或直接对角向偏振片产生的角向矢量偏振光场进行检偏，形成光强呈楔形亮暗分布的偏振图像，两楔形暗区中心所在的方向即为线偏振光电矢量的振动方向，进而实现偏振方向的可视化；

第四步，采集偏振图像：通过成像光学系统将偏振图像聚焦成像在高灵敏度相机的成像探测靶面上，并设置光圈大小、曝光时间、增益值、存储格式图像采集参数，利用高灵敏度相机实时采集并动态显示含偏振特征信息的图像，并将连续采集的序列图像存储在计算机中；

第五步，计算偏振方向与偏振度：对采集存储的序列偏振图像进行裁剪、对比度拉伸、空间滤波预处理，然后利用数字图像处理技术对偏振图像进行处理，获得待测光波的偏振方向与偏振度。