CN108180995B - 新型偏振光谱相机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型偏振光谱相机，包括：长焦镜头、液晶波片控制器和计算机，在长焦镜头的像方焦点处设置有双凹透镜，在双凹透镜的像方依次设置有液晶偏振控制器、液晶相位延迟器、光学节点架、液晶可调谐滤波器、凸透镜和CCD，CCD位于凸透镜的像方焦点处，使长焦镜头的像方焦平面置于CCD处。利用本发明不受外界光源干扰，还能够模拟自然光下CCD/CMOS的测试。利用上述本发明将偏振相机与光谱相机相结合，其具有无机械运动部件、工作波段宽、精度高速度快、能获取全偏振态测量、采集信息丰富等优点，尤其是对探测和识别隐蔽物的领域更具优势与潜力。
Description
技术领域
本发明涉及相机技术领域，更为具体地，涉及一种新型偏振光谱相机。
背景技术
成像光谱技术和偏振技术是偏振光谱成像应用中两种重要的技术手段，自然光照射目标物体表面上，物体表面会经反射、透射、散射和辐射会产生由它自身决定的光学性质和特征偏振，利用光谱技术和偏振技术分别通过感知空间、强度、光谱、和偏振等信息对目标属性进行深层次判断，反演目标的物化属性，获取高对比度的目标表面、形貌、阴影和粗糙度等信息，达到探测识别的目的，捕捉一般强度探测方法捕捉不到的隐蔽信息，还可根据测得的偏振度和偏振角等参数反演出散射目标的尺寸、折射率和浓度分布等信息。由于自然界中目标物的多样性和复杂性在获取该光谱信息和偏振信息往往需要提供更多的理化特性数据才能更准确、更具体的分析和识别出目标物，进而需要采取一定的研究技术手段。
近些年来发展起来的光谱相机与偏振相机是集光学、电子、精密机械、计算机、信号处理技术于一体的光电传感器。偏振光谱相机则是基于二者理论，实现光谱测量与偏振测量于一体的新型遥感器，在研究技术的不断发展与应用化的不断创新中，偏振光谱相机的结合使采取目标的信息量得到了丰富，组合偏振光谱相机的器件要求不同最终实现的效果也会受到条件的限制，国内对偏振光谱相机的研究少有报道，只有少数研究机构在进行研究，国外研究的单位主要集中在美国、日本等一些军方和大学用于实验原理探索和应用评估等，主要采取的技术方案为基于声光可调谐滤光片、偏振光栅、液晶可调谐滤光片等的成像偏振光谱仪等等。就目前发展来看，偏振测量在国内还是一个崭新的领域，从目前研究成果来看，大部分仪器工作波段较窄，通道较少，不能做到全偏振态测量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种新型偏振光谱相机，以解决现有的偏振光谱相机无法实时控制高精度测量和无法做到全偏振态测量获取目标更丰富偏振光谱信息的问题。
本发明提供的新型偏振光谱相机，包括：长焦镜头、液晶波片控制器和计算机，在长焦镜头的像方焦点处设置有双凹透镜，在双凹透镜的像方依次设置有液晶偏振控制器、液晶相位延迟器、光学节点架、液晶可调谐滤波器、凸透镜和CCD，CCD位于凸透镜的像方焦点处，使长焦镜头的像方焦平面置于CCD处；液晶偏振控制器用于将经过双凹透镜的自然光变为线偏振光；液晶相位延迟器用于将线偏振光变为椭圆偏振光；计算机与液晶波片控制器连接，用于向液晶波片控制器发送第一电压控制信号和第二电压控制信号；液晶波片控制器与所述液晶偏振控制器连接，用于根据第一电压控制信号控制液晶偏振控制器上限电压和下限电压，改变线偏振光的偏振方向；液晶波片控制器还与液晶相位延迟器连接，用于根据第二电压控制信号控制液晶相位延迟器的上限电压和下限电压，来改变液晶相位延迟器的相位延迟量，调制线偏振光的偏振态；液晶可调谐滤波器用于对可见光波段或红外波段光信号进行选择性透过。
此外，优选的结构是，新型偏振光谱相机还包括模数转换器、数字信号处理器和存储器，CCD转换的电信号经过模数转换器处理转换为数字信号，并存入存储器。
与现有技术相比，本发明提供的新型偏振光谱相机将偏振相机与光谱相机相结合，其具有无机械运动部件、工作波段宽、精度高速度快、能获取全偏振态测量、采集信息丰富等优点，尤其是对探测和识别隐蔽物的领域更具优势与潜力。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的新型偏振光谱相机的整体结构示意图。
其中的附图标记包括：1-长焦镜头、2-双凹透镜、3-液晶波片控制器、4-液晶偏振控制器、5-液晶相位延迟器、6-节点架、7-液晶可调谐滤波器、8-凸透镜；9-CCD；10-液晶波片控制器电源；11-CCD电源、计算机12。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
本发明提供的新型偏振光谱相机将光谱相机与偏振相机相结合，可将传统获取的三维信息量扩展为七维，本发明则具有远近距离拍摄灵活可控、无机械传动、调谐精度高速度快、工作波段宽、透过率高、功耗低、通过单焦面即可实现对地物高精度的偏振光谱探测及做到全偏振态测量的优势。为探测和识别低对比度及潜在目标信息提供实时精确控制的新手段。
图1示出了根据本发明实施例的新型偏振光谱相机的整体结构。
如图1所示，本发明实施例提供的新型偏振光谱相机，包括：长焦镜头1、液晶波片控制器3和计算机12，为了延长长焦镜头1的像方焦平面，在长焦镜头1的像方焦点处设置有双凹透镜2，为了再次延长长焦镜头1的像方焦平面，在双凹透镜2的像方设置有光学节点架6，用于调节成像大小，在双凹透镜2与光学节点架6之间，从双凹透镜2至光学节点架6方向依次设置有液晶偏振控制器4和液晶相位延迟器5，在光学节点架6的后方设置有依次设置有液晶可调谐滤波器7和凸透镜8，在凸透镜8的像方焦点处设置有CCD9，使CCD9所处的位置正好位于长焦镜头1的像方焦平面的位置，CCD9用于接收凸透镜8汇聚的光信号，并转换成电信号。
液晶偏振控制器4可将自然光变为线偏振光，在液晶偏振控制器4中相应电压对应单个偏振方向，通过改变上限电压和下限电压，可改变入射光的线偏振态，变成期望得到的线偏振方向。
液晶相位延迟器5即为液晶波片，电压调制幅度为0~10V，精确到1mV，改变液晶波片的上限电压和下限电压来控制液晶双折射系数，可实时精确控制光束通过液晶波片的快轴及慢轴的相位差，可将原线偏振光变成期望的椭圆偏振光，在液晶相位延迟器中，通过调节特定电压从而获得特定的偏振态。
计算机12与液晶波片控制器3连接，用于向液晶波片控制器3发送第一电压控制信号和第二电压控制信号，液晶波片控制器3与液晶偏振控制器4连接，液晶波片控制器3根据第一电压控制信号控制液晶偏振控制器4的上限电压和下限电压，从而改变入射光的线偏振态，变成期望得到的线偏振方向。
液晶波片控制器3与液晶相位延迟器5连接，液晶波片控制器3根据第二电压控制信号控制液晶相位延迟器5的上限电压和下限电压，从而达到改变入射光的偏振态效果。采用液晶相位延迟器，可实现通过电压控制就能实现对光的偏振态的调制、无需机械旋转装置、调谐精度高速度快、工作波段宽、透过率高、功耗低、通过单焦面成像就可对目标实现高精度的实时偏振测量。
液晶可调谐滤波器7作为分光器件，透过液晶可调谐滤波器7的光波长可以通过电子信号控制，能够快速而且无振动的选择可见或者近红外光谱的任意波长，具有工作波段内电调谐任意波长能力同时具有线偏振器的特点，从而达到精确控制输出期望波长的分光效果和达到获取全偏振态测量的效果。这样本发明可实现在特定偏振效果下，可获取任意波长下的光谱图像，也可在任意波长下获取不同偏振效果下的偏振图像。
本发明提供的新型偏振光谱相机还包括液晶波片控制器电源10、CCD电源11、模数转换器、数字信号处理器和存储器，液晶波片控制器电源10用于向液晶波片控制器3供电，CCD电源11用于向CCD9供电，CCD将光信号转换成电信号后经过模数转换器处理转换为数字信号，并存入存储器，然后根据不同的需要以数字信号或视频信号方式输出，利用类型为单色逐行扫描CCD9，帧率达到20fps。
为了消除杂散光的干扰，将本发明提供的新型偏振光谱相机置于暗盒中，使图像清晰可见，整个光路系统中各部分均为固定状态，仅有长焦镜头1可替换，实验距离由长焦镜头1决定，故本发明对实验所需的任意距离灵活可控，适合各种距离拍摄成像。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种新型偏振光谱相机，其特征在于，包括：长焦镜头、液晶波片控制器和计算机，在所述长焦镜头的像方焦点处设置有双凹透镜，在所述双凹透镜的像方依次设置有液晶偏振控制器、液晶相位延迟器、光学节点架、液晶可调谐滤波器、凸透镜和CCD，所述CCD位于所述凸透镜的像方焦点处，使所述长焦镜头的像方焦平面置于所述CCD处；
所述液晶偏振控制器用于将经过所述双凹透镜的自然光变为线偏振光；
所述液晶相位延迟器用于将所述线偏振光变为椭圆偏振光；
所述计算机与所述液晶波片控制器连接，用于向所述液晶波片控制器发送第一电压控制信号和第二电压控制信号；
所述液晶波片控制器与所述液晶偏振控制器连接，用于根据所述第一电压控制信号控制所述液晶偏振控制器上限电压和下限电压，改变所述线偏振光的偏振方向；
所述液晶波片控制器还与所述液晶相位延迟器连接，用于根据所述第二电压控制信号控制所述液晶相位延迟器的上限电压和下限电压，来改变所述液晶相位延迟器的相位延迟量，调制所述线偏振光的偏振态；
所述液晶可调谐滤波器用于对可见光波段或红外波段光信号进行选择性透过。
2.如权利要求1所述的新型偏振光谱相机，其特征在于，还包括模数转换器、数字信号处理器和存储器，所述CCD转换的电信号经过所述模数转换器处理转换为数字信号，并存入所述存储器。
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