CN111953423B - 一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法。其过程包括：A1，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和入射光中心波长λ1通过公式a＝ΔDN/(λf)计算出在频域中被调制的位置a1；A2，对a1进行向上取整为a2和向下取整为a3；A3，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和确定的频域位置a2和a3通过公式λ2＝ΔDN/(a2×f)和λ3＝ΔDN/(a3×f)分别计算出a2和a3代表的波长为λ2和λ3；A4，得到中心波长λ1所处的使解调信号不混叠的波段λ2～λ3；A5，在波段λ2～λ3中选择相应的带宽或重新确定中心波长。本发明可用于宽波段空间调制偏振成像中解调结果不混叠的入射光带宽的确定，可广泛用于宽波段偏振遥感成像等领域。

Description

一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法
技术领域
本发明涉及的是一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，可用于宽波段空间调制偏振成像中解调结果不混叠的入射光带宽的确定，属于偏振遥感成像领域。
背景技术
偏振成像技术是通过使用偏振片等偏振器件或者通过调制入射光的方法使包含着目标自身性质的偏振光成像，然后通过相应的技术将相关偏振信息解调出来。由于偏振信息与目标的表面情况有一些特殊的属性有着不可分割的关系，而且不同种类的目标会产生各自独特的偏振信息，所以偏振成像成为现在遥感探测中重要的手段，同时还在环境监测、疾病诊断、农业检测和军事侦察等领域崭露头角。
空间调制偏振成像技术一种通过双折射晶体对入射光进行调制，达到一次成像就能将同一目标不同偏振分量成像在一幅图像中，所以空间调制偏振成像技术拥有很好的实用性和实时性，还可以对运动物体进行偏振成像。但是由于双折射晶体对不同波长的光有不同的折射率，所以在对宽波段入射光进行调制的过程中会出现色散的现象。当入射光的带宽过大时在变换到频域之中就是出现信号的零级分量分布到不同的像元范围上，对解调结果造成混叠影响。所以需要对入射光的带宽进行限制和选择，现有的确定入射光的带宽的方法是利用瑞利判据的方法作为依据，对入射光的带宽进行计算和选择。但是这种方法是对连续信号进行分析的，而实际成像过程中，像元将图像分割成离散的图像，所以仅仅使用瑞利判据为依据计算带宽会有一定的误差。
本发明公开了一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，是通过使用偏振镜头和成像相机像元的参数联合分析计算，在离散的像元范围上确定出相应的频率分布范围，从而得到不会出现解调结果混叠现象的入射光带宽，与现有的方法相比入射光带宽的确定更加精确，同时也可以给出更加灵活的选择不同带宽以满足不同需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度更加精确、带宽选择更加灵活的一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，包括：
A1，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和入射光中心波长λ1通过公式a＝ΔDN/(λf)计算出在频域中被调制的位置a1；
A2，对a1进行向上取整为a2和向下取整为a3；
A3，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和确定的频域位置a2和a3通过公式λ2＝ΔDN/(a2×f)和λ3＝ΔDN/(a3×f)分别计算出a2和a3代表的波长为λ2和λ3；
A4，得到中心波长λ1所处的使解调信号不混叠的波段λ2～λ3；
A5，在波段λ2～λ3中选择相应的带宽或重新确定中心波长。
进一步，所述空间调制偏振成像过程如图1所示，宽带宽的入射光1进入到由双折射晶体、半波片和检偏器组成的偏振镜组2，然后入射光被偏振镜组分成四束相干光，最后在成像相机3上形成干涉图像，得到的干涉图像中包含了目标全部偏振信息，是后续解调提取偏振信息的前提。
进一步，所述步骤A3中解调结果不混叠的入射光的波长范围的公式为：
其中λ表示入射光的波长，Δ表示单个双折射晶体的横向剪切量，D表示成像相机像元的尺寸，N表示成像相机的行或列数，a表示信号在被调制后在频域中移动的位置，f表示成像相机的焦距。所以入射光波长范围可以表示为：
进一步，所述步骤A4中解调信号不混叠理论支撑，对得到的干涉图像进行傅里叶变换处理以得到目标的偏振信息，在经过傅里叶变换后，在频域之中不同波长的入射光分解的分量的分布如图2所示，不同波长的入射光在频域中的同级分量会被调制到不同的位置。通过成像设备的参数和成像像元的规格，将频域划分成离散频率分布，使得经过调制的入射光在成像后，经过变换落在离散的频域之中，但是只要它们被调制的位置都是处在一个像元之中，就不会出现解调结果混叠的现象。
进一步，所述步骤A5根据确定入射光波长范围和想要的入射光中心波长λ1确定相应的带宽，或者通过改变入射光中心波长λ1，选择正好处在λ2和λ3的中心，这样就能使得入射光的带宽达到最大值。
本发明的有益效果：本发明是基于空间调制偏振成像的在宽波段偏振成像中避免出现混叠的入射光带宽的确定方法，与其它入射光带宽的确定方法相比，本发明结合了成像相机像元构成的离散结构，对不混叠的入射光带宽进行更精确的确定，同时还可以通过改变入射光的中心波长更加灵活的选择入射光的带宽以满足不同的需求。
附图说明
图1是基于空间调制偏振成像系统的结构示意图。由入射光1、偏振镜组2和成像相机3组成。
图2是对宽带宽入射光在频域之中各分解分量的分布图，主要包括了不同波长入射光在频域中的0级分量和1级分量的位置分布，当不同波长入射光的相同级分量都处在同一个像元范围时，解调后的结果不会发生混叠现象。
图3是本发明一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。
如图3所示，本发明一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，包括：
A1，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和入射光中心波长λ1通过公式a＝ΔDN/(λf)计算出在频域中被调制的位置a1；
A2，对a1进行向上取整为a2和向下取整为a3；
A3，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和确定的频域位置a2和a3通过公式λ2＝ΔDN/(a2×f)和λ3＝ΔDN/(a3×f)分别计算出a2和a3代表的波长为λ2和λ3；
A4，得到中心波长λ1所处的使解调信号不混叠的波段λ2～λ3；
A5，在波段λ2～λ3中选择相应的带宽或重新确定中心波长。
具体的，所述步骤A1计算在频域中调制的位置，通过公式a＝ΔDN/(λf)可以计算出入射光被调制后在频域中移动的位置a1。
具体的，所述步骤A3计算出a2和a3代表的波长为λ2和λ3，通过公式λ2＝ΔDN/(a2×f)和λ3＝ΔDN/(a3×f)计算出λ1所处的像元代表的波长范围。
具体的，所述步骤A5通过入射光中心波长λ1和计算得到的波段λ2～λ3计算中心波长λ1的带宽为2×|λ1-λ2|和2×|λ1-λ3|中的最小值。
具体的，通过改变入射光中心波长λ1为λ2～λ3的中心点，这时得到的入射光的带宽为|λ2-λ3|。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照具体的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、结构部分均为公知技术。

Claims (2)

1.一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，其特征在于，该方法具体过程包括如下步骤：
A1，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和入射光中心波长λ1通过公式a＝ΔDN/(λf)计算出在频域中被调制的位置a1；
A2，对a1进行向上取整为a2和向下取整为a3；
A3，由成像参数双折射晶体横向剪切量Δ，像元尺寸D，相机行列数N，成像焦距f，和确定的频域位置a2和a3通过公式λ2＝ΔDN/(a2×f)和λ3＝ΔDN/(a3×f)分别计算出a2和a3代表的波长为λ2和λ3；
A4，得到中心波长λ1所处的使解调信号不混叠的波段λ2～λ3；
A5，在波段λ2～λ3中可计算中心波长λ1的极限带宽为2×|λ1-λ2|和2×|λ1-λ3|中的最小值或者通过改变入射光中心波长λ1到λ2～λ3的中心点，此时的入射光极限带宽为|λ2-λ3|。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间调制偏振成像的极限带宽的确定方法，其特征在于：通过成像设备的参数和成像像元的规格，将频域划分成离散频率分布，使得经过调制的入射光在成像后，经过变换落在离散的频域之中，不同频率的同级分量可以落在一个像元上，不会出现混叠影响解调结果。
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