CN117268544A - 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪 - Google Patents

一种双目立体偏振干涉成像光谱仪 Download PDF

Info

Publication number
CN117268544A
CN117268544A CN202311435796.9A CN202311435796A CN117268544A CN 117268544 A CN117268544 A CN 117268544A CN 202311435796 A CN202311435796 A CN 202311435796A CN 117268544 A CN117268544 A CN 117268544A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imaging
interference
mirror
binocular
field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311435796.9A
Other languages
English (en)
Inventor
赵百轩
盛开洋
梁静秋
吕金光
郑凯丰
赵莹泽
陈宇鹏
秦余欣
王惟彪
郑美如
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN202311435796.9A priority Critical patent/CN117268544A/zh
Publication of CN117268544A publication Critical patent/CN117268544A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0224—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using polarising or depolarising elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0256—Compact construction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/447—Polarisation spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G01J3/453—Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明涉及光谱仪器技术领域，尤其涉及一种双目立体偏振干涉成像光谱仪，包括扫描反射镜、准直镜、双目反射镜、光阑阵列、多重成像透镜阵列、偏振片阵列、静态干涉系统、中继成像系统以及面阵探测器；静态干涉系统包括分束器、双路对称式多级微反射镜以及阶跃式多级微反射镜；通过前置成像系统中的各器件实现目标的多重成像，并在干涉系统中利用双路对称式多级微反射镜与阶跃式多级微反射镜实现多重像场的干涉级次阶跃分割和多维相位调制，提高了面阵探测器的空间维利用率，在实现了光谱分辨率提高的同时，不影响单个干涉通道的像元数量，且避免多级微反射镜的采样间隔过大可能带来的成像离焦和子阶梯侧面引入杂散光问题，提高了系统的成像效果。

Description

一种双目立体偏振干涉成像光谱仪
技术领域
本发明涉及光谱仪器技术领域，尤其涉及一种双目立体偏振干涉成像光谱仪。
背景技术
近年来，随着社会科技发展水平的不断提高，军事侦察、农业遥感、环境监测、资源勘探、空间探测等重要领域对多维度、高性能的成像探测仪器的需求日益迫切。而传统的成像探测技术，往往只能获取目标特定波段的二维空间信息，信息获取维度较为单一，难以满足诸多领域对目标多维度、多角度全面描述的应用需求。例如，在农业遥感领域，成像技术通常仅能满足简单的农情监测需求，难以满足农产品的糖分含量、温湿度估计，作物精细分类识别及产量估算等应用需求；在军事侦察领域，由于伪装技术向多功能、多频谱隐身方向发展，目标与背景之间能够在一定波长范围内接近“同色同谱”，使得传统的热红外成像侦察手段难以有效识别；在环境监测领域，常用遥测方法通常仅能估算污染气团柱浓度的二维空间分布，无法获得气团整体的形貌，进而计算污染成分的总量。
目前多维度的成像探测技术包括双目立体视觉成像技术、光谱成像技术、偏振成像技术等，在二维空间信息基础上，额外增加目标深度/光谱/偏振等信息维度，增强探测识别能力。然而，随着各项技术的逐渐广泛应用，其局限性也进一步凸显，如双目立体视觉成像在面对高反光目标、透明目标、低纹理目标时，重建点云稀疏，成像效果较差，偏振成像对多成分目标识别能力不强，光谱成像对复杂结构目标成像效果不佳等。
发明内容
本发明为解决复杂场景下多维度信息同步探测问题，提出一种双目立体偏振干涉成像光谱仪；本发明的双目立体偏振干涉成像光谱仪通过对光场进行双目偏振多重成像耦合传输与干涉调制，同步获取目标场景的三维空间信息、一维偏振信息和一维光谱信息，采用多维度信息交叉融合提取算法，获取目标空间定位精度、表面纹理细节和增强稠密点云；实现对五维图谱偏振信息的稳态探测，具有信息维度多、高感知、高稳定性的特点，拥有广泛的应用前景。
本发明提供一种双目立体偏振干涉成像光谱仪，所述双目立体偏振干涉成像光谱仪包括扫描反射镜、准直镜、双目反射镜、光阑阵列、多重成像透镜阵列、偏振片阵列、静态干涉系统、中继成像系统以及面阵探测器；
所述扫描反射镜用于对待测目标进行扫描，获得待测目标的双视场初始光场信息；通过所述准直镜准直，获得双视场平行光束；
所述双目反射镜将所述双视场平行光束等分为第一成像通道和第二成像通道，形成双目视场成像通道；所述双目反射镜将所述双视场平行光束拼接为一个共轴光束；
所述光阑阵列和所述多重成像透镜阵列用于对所述双目视场成像通道的光场进行孔径分割，实现双目多重立体成像；
所述偏振片阵列用于对各成像通道的目标像场进行偏振调制，形成偏振态不同的双目多重立体偏振像场；
所述静态干涉系统用于对各成像通道的目标光场进行空间分割和相位调制，形成双目多重立体偏振干涉像场；
所述中继成像系统用于将各成像通道中的目标光场耦合至所述面阵探测器上，形成偏振态不同的双目多重立体偏振干涉图像阵列。
优选的，所述静态干涉系统包括分束器、双路对称式多级微反射镜以及阶跃式多级微反射镜；所述双路对称式多级微反射镜与所述阶跃式多级微反射镜正交设置。
优选的，所述分束器为红外分束器，所述分束器的分光比为1：1，所述分束器与光轴呈45°设置。
优选的，所述分束器将所述目标像场强度等分为第一相干光束和第二相干光束，所述第一相干光束和所述第二相干光束分别入射至所述双路对称式多级微反射镜和所述阶跃式多级微反射镜上；
所述第一相干光束经过所述双路对称式多级微反射镜的不同空间位置的子阶梯反射面进行二维相位调制后，返回所述分束器，并与所述阶跃式多级微反射镜反射回所述分束器的第二相关光束相遇，发生干涉。
优选的，所述双路对称式多级微反射镜的横向阶梯总级数与干涉通道的数量一致；所述双路对称式多级微反射镜的纵向阶梯级数与成像通道的数量一致。
优选的，所述双路对称式多级微反射镜的单侧子阶梯数为N，所述双路对称式多级微反射镜的纵向子阶梯数为4×N；所述单侧子阶梯数N对应单一成像通道中的干涉通道数；所述阶跃式多级微反射镜的横向子阶梯级数为M，所述成像通道数为4×M。
优选的，所述双路对称式多级微反射镜的子阶梯高度为d，光程差的采样间隔为Δ＝2d。
优选的，所述双路对称式多级微反射镜与所述阶跃式多级微反射镜的纵向第m阶第n级子阶梯对应的干涉通道的光程差表示为：
δ(m,n)＝2(Nm-n)d。
优选的，所述第一成像通道与所述第二成像通道存在视差。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明为解决面对高反光目标、透明目标、低纹理目标时，重建点云稀疏，成像效果较差，偏振成像对多成分目标识别能力不强，光谱成像对复杂结构目标成像效果不佳等问题，提出一种双目立体偏振干涉成像光谱仪；通过前置成像系统中的准直镜、双目反射镜、光阑阵列、透镜阵列以及偏振片阵列实现目标的多重成像，并在干涉系统中利用双路对称式多级微镜与阶跃式多级微反射镜实现多重像场的干涉级次阶跃分割和多维相位调制，提高了面阵探测器的空间维利用率，在实现了光谱分辨率提高的同时，不影响单个干涉通道的像元数量，且避免了由于多级微反射镜的采样间隔过大有可能带来的成像离焦和子阶梯侧面引入杂散光问题，保证了系统的成像效果。
附图说明
图1是根据本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪基本结构图；
图2是根据本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪光路图；
图3是根据本发明具体实施方式中双路对称式多级微反射镜结构示意图；
图4是根据本发明具体实施方式中阶跃式多级微反射镜结构示意图；
图5是根据本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪的光程差分布模式示意图；
图6是根据本发明具体实施方式中面阵探测器上接受到的多通道目标场景干涉图像阵列示意图；
图7是根据本发明具体实施方式中面阵探测器上通过扫描目标场景接收到的多维数据立方数据示意图；
图8是根据本发明具体实施方式中数据立方解耦维度示意图；
图9是根据本发明具体实施方式中提取拼接的目标左视场全景图像示意图；
图10是根据本发明具体实施方式中提取拼接的目标右视场全景图像示意图；
图11是根据本发明具体实施方式中获得的目标三维成像示意图。
附图标记：
1、扫描反射镜；2、准直镜；3、双目反射镜；4、光阑阵列；5、多重成像透镜阵列；6、偏振片阵列；7、分束器；8、双路对称式多级微反射镜；9、阶跃式多级微反射镜；10、中继成像系统；11、面阵探测器。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明具体实施方式提供一种双目立体偏振干涉成像光谱仪，如图1所示，为本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪基本结构图，可以看出，双目立体偏振干涉成像光谱仪的主要结构包括扫描反射镜1、准直镜2、双目反射镜3、光阑阵列4、多重成像透镜阵列5、偏振片阵列6、静态干涉系统、中继成像系统10以及面阵探测器11；其中，静态干涉系统包括分束器7、双路对称式多级微反射镜8以及阶跃式多级微反射镜9。具体的，扫描反射镜1用于对目标场景进行扫描，使目标场景的像可以遍历所有干涉通道，完成光程差积累；准直镜2用于将目标光场的两个视场准直为两束平行光束；双目反射镜3用于将目标光场的两束不同视场的平行光束拼接为一个共轴光束，也将双视场平行光束等分为第一成像通道和第二成像通道，形成双目视场成像通道；第一成像通道与所述第二成像通道存在视差；光阑阵列4用于防止各成像通道出现串扰；多重成像透镜阵列5用于将目标光场分割为多个独立的成像通道，在其像方焦面实现待测目标的多重阵列成像；偏振片阵列6用于将目标光场的多个独立的成像通道进行偏振态调制；分束器7用于将光场分割为强度相等的两部分；双路对称式多级微反射镜8用于与阶跃式多级微反射镜9对目标像场进行多维相位调制，双路对称式多级微反射镜8的横向总级数对应干涉通道数，双路对称式多级微反射镜8的纵向阶数对应成像通道数(图中以阶数2为例)；阶跃式多级微反射镜9用于与双路对称式多级微反射镜8对目标像场进行多维相位调制；中继成像系统10用于将各通道中的目标光场耦合至面阵探测器11上形成目标的干涉图像阵列；面阵探测器11用于收目标的干涉图像信息。
图2为本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪光路图，过扫描反射镜1对待测目标的扫描，获得待测目标的两个视场的初始光场信息，经准直镜2准直获得两个不同轴的平行光束，后经双目反射镜3获得同轴的平行光束，再通过光阑阵列4和多重成像透镜阵列5，将光场分割为M个独立的成像通道，在其像方焦面实现待测目标的多重阵列成像。经过偏振片阵列6对光场进行偏振态调试，然后分束器7将目标像场强度等分，分别入射至双路对称式多级微反射镜8和阶跃式多级微反射镜9上，并对目标像场进行多维相位调制，形成4*M*N个干涉通道，其中每N个干涉通道对应一个成像通道，最后经中继成像系统10将各通道中的目标光场耦合至面阵探测器11上形成目标的双视场偏振干涉图像阵列。
具体的实施方式中，某一时刻，目标场景的双视场光场经扫描反射镜1反射进入光谱仪系统，在准直镜2处被准直为两个不同视场的平行光束，即获得双视场平行光束，通过双目反射镜3耦合成共轴的平行光束，并经具有4×M的光阑阵列4，形成具有4×M个互不干扰的平行光束，经具有4×M个成像通道的多重成像透镜阵列5进行多重成像，将光场分割为4×M个独立的成像通道，偏振片阵列6(双视场各对应4个偏振方向不同的偏振通道，每个偏振通道对应2个成像通道)对双目视场各成像通道的像场进行偏振调制，在其像方焦面形成待测目标的多重偏振态像场；然后多重像场到达与光轴呈45°放置、分光比1:1的分束器7，经分束器7将目标像场强度等分为两束相干光束，分别入射至双路对称式多级微反射镜8和阶跃式多级微反射镜9上，通过双路对称式多级微反射镜8不同空间位置的子阶梯反射面进行二维相位调制后返回分束器7，并与经阶跃式多级微反射镜9反射回分束器7的光束再次相遇并发生干涉；最终，经中继成像系统10成像至面阵探测器11。
具体的实施方式中，本发明提供的双目立体偏振干涉成像光谱仪采集到的图像数据的后续处理方法包括，首先，拟根据不同干涉级次图像单元之间的灰度分布差异，采用合理的图像单元边缘检测方法，对多维数据立方进行干涉图像单元分割提取；然后，根据单元内目标对比度特征，进行光程差匹配；最后，对匹配后的图像单元进行特征配准，即可得到解耦后的双目偏振图像序列以及偏振干涉图元序列，进一步对二维干涉图元序列进行降维，可得到一维偏振干涉强度序列，以便进行后续的光谱重构；充分说明本发明提供的双目立体偏振干涉成像光谱仪对获取的原始数据经过解耦后得到双目偏振图像序列和偏振干涉强度序列，可以通过干涉强度序列降维处理后，进行光谱重构。
具体的实施方式中，如图6所示，为本发明具体实施方式中面阵探测器上接受到的多通道目标场景干涉图像阵列示意图，图中纵向每个成像通道成相同的像，横向每条干涉条纹对应一个不同的干涉通道；图7为根据本发明具体实施方式中面阵探测器上通过扫描目标场景接收到的多维数据立方数据示意图，主要分为左右2两个视场、每个视场下的4个偏振通道和每个偏振通道下的2*N个干涉通道叠加形成；从图6和图7可以看出，本发明的双目立体偏振干涉成像光谱仪中，一个完整扫描周期的多维数据立方数据结构单帧图像包含空间维和干涉维，共分4×M个成像通道，每2个成像通道对应一个完整的偏振通道，叠加一个特定方向的偏振态(图6中上下相邻且代表偏振态的线段方向一致的两个成像通道)，每4个偏振通道对应一个视场通道(图6中两侧同色线框的8个成像通道)，底层数据单元是基于干涉级次顺序在干涉维依次排布、并在空间维阶跃分割的干涉图元(分布模式如图6所示)；系统通过扫描成像在时间维进行数据积累，一个完整扫描周期后，得到目标完整的多维数据立方。
具体的实施方式，图3和图4分别为本发明具体实施方式中双路对称式多级微反射镜8的结构示意图以及阶跃式多级微反射镜9的结构示意图；从图中可以看出，双路对称式多级微反射镜8的纵向子阶梯数4×N(示意图中为4×5)，单侧子阶梯数N对应单一成像通道中的干涉通道数，阶跃式多级微反射镜9的横向子阶梯级数M(示意图中为4)构成系统4×M个成像通道数；纵向子阶梯宽度相同，高度遵循Nyquist采样定理，即采样间隔要小于或等于最小波长的二分之一，，双路对称式多级微反射镜8的子阶梯高度为d，则光程差的采样间隔为Δ＝2d，且为满足干涉级次阶跃分割后的采样连贯性，实现各阶干涉级次序列的光程差互补，阶跃式多级微反射镜9的同级临近子阶梯反射面高度差为N×d，形成2×N个光程差采样单元，结合阶跃式多级微反射镜9级数M，将像场调制为具有4×M×N个干涉通道的干涉像场阵列，其光程差分布模式如图5所示，图5为本发明具体实施方式中双目立体偏振干涉成像光谱仪的光程差分布模式示意图，与图3和图4中双路对称式多级微反射镜和阶跃式多级微反射镜参数相对应，数字代表干涉级次顺序；从图中可以看出，光程差分布上主要分为上下左右四大部分，每个部分内部又分为上下两个首尾干涉相连的干涉区域，区域边缘的一侧干涉级次和另一个区域边缘干涉级次相邻，能够使得每个部分内部的总的干涉级次是连续的；具体的，双路对称式多级微反射镜8与阶跃式多级微反射镜9的纵向第m阶第n级子阶梯对应的干涉通道的光程差可表示为：
δ(m,n)＝2(Nm-n)d
最后干涉像场阵列经中继成像系统10耦合传输至面阵探测器11上形成目标的双视场偏振干涉图像阵列，如图6所示，在一个扫描周期内，待测目标可以通过扫描反射镜1遍历所有4×M×N个干涉通道、4×M个成像通道和2个视场通道，将干涉图像数据中所有含有待测目标的干涉通道提取处理，即可获得目标的干涉调制图像序列信息，具体如图7所示。
具体的实施方式中，图8是根据本发明具体实施方式中数据立方解耦维度示意图，本发明所提供的双目立体偏振干涉成像光谱仪在一个扫描周期内，获取的多维数据立方，经过解耦处理后得到的关键数据，左侧为数据解耦后得到的多通道偏振干涉序列图像，可根据该序列图像进行各个通道光谱重构；右侧为各个通道的偏振全景图像，可根据不同通道全景图像进行三维重建和偏振图像融合；具体为将一个扫描周期内的目标像场分别进行分割与拼接得到偏振全景图像与干涉图元序列图像，通过对偏振全景图像和干涉图元系列图像的模拟图像，说明本发明所提供的双目立体偏振干涉成像光谱仪可以获取偏振维度、光谱维度以及双视场图像维度信息。
具体的实施方式中，本发明所提供的双目立体偏振干涉成像光谱仪的数据处理原理如下：
设目标辐射光信号对应的干涉图像阵列为I(x)，其中x＝1,2,3,…,2×N，对干涉图像阵列I(x)进行干涉数据处理得到目标辐射光信号对应的干涉强度序列I’(x)，最后对干涉强度序列I’(x)进行离散傅里叶变换：
即可重构出目标辐射光信号的光谱信息，其中，ν＝1/λ为激发光信号的空间频率，B(ν)为激发光信号功率谱密度分布函数(光谱)。
具体的实施方式中，将一个扫描周期内目标像场通过扫描反射镜遍历单个干涉通道提取并拼接后，获得的目标双视场偏振全景图像，如图9和图10所示，分别为本发明具体实施方式中提取拼接的目标左视场和右视场的双视场全景图像示意图。
通过对左右视场的全景图像进行视差匹配，得到目标场景的视差图，根据双视场的旋转和平移矩阵，得到立体旋转矩阵与立体平移向量：
R＝Rr(Rl)-1 T＝Tr+RTl
其中，R和T分别是立体旋转矩阵和立体平移向量，Rr和Tr分别是右视场的旋转矩阵和平移向量，Rl和Tl分别是左视场的旋转矩阵和平移向量。
将原始双视场全景图像进行旋转平移转换后，匹配左右图像获得视差图像，视差计算三维点云：
其中，(x1,y1,z1)指的是目标场景在世界坐标系下的三维坐标，b是指两个视场的基线长度，(u1,v1)是目标场景在左视场中的像素坐标，(u2,v2)是目标在右视场中的像素坐标，(u0,v0)是图像像素坐标系的主点，(ax,ay)是相机内参数。
后经计算得到测点空间三维坐标，实现对目标场景的立体成像，如图11所示，为本发明具体实施方式中获得的目标三维成像示意图。
对于目标场景的偏振全景图像，Stokes矢量表示如下：
偏振度和偏振角：
即可重构出目标辐射光信号的偏振信息，其中I0、I45、Ig0、I135为4个不同偏振角方向的偏振图像，S0、S1、S2为3个Stokes矢量图像，DOLP为偏振度图像，AOLP为偏振角图像。
本发明为解决对弱小目标探测维度的扩展，时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪无法获取目标场景的深度信息的问题，提出一种双目立体偏振干涉成像光谱仪。通过在前置成像系统中的准直镜、双目反射镜、光阑阵列、透镜阵列以及偏振片阵列实现目标的多重成像，并在干涉系统中利用对称式多级微反射镜与阶跃式多级微反射镜实现多重像场的多维相位调制，以及干涉级次的阶跃分布，提高了面阵探测器的空间维利用率，同步获取目标场景三维空间信息和一维光谱信息，实现对四维图谱信息的稳态探测，具有信息维度多、高感知、高稳定性的特点，拥有广阔的应用前景。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述双目立体偏振干涉成像光谱仪包括扫描反射镜、准直镜、双目反射镜、光阑阵列、多重成像透镜阵列、偏振片阵列、静态干涉系统、中继成像系统以及面阵探测器；
所述扫描反射镜用于对待测目标进行扫描，获得待测目标的双视场初始光场信息；通过所述准直镜准直，获得双视场平行光束；
所述双目反射镜将所述双视场平行光束等分为第一成像通道和第二成像通道，形成双目视场成像通道；所述双目反射镜将所述双视场平行光束拼接为一个共轴光束；
所述光阑阵列和所述多重成像透镜阵列用于对所述双目视场成像通道的光场进行孔径分割，实现双目多重立体成像；
所述偏振片阵列用于对各成像通道的目标像场进行偏振调制，形成偏振态不同的双目多重立体偏振像场；
所述静态干涉系统用于对各成像通道的目标光场进行空间分割和相位调制，形成双目多重立体偏振干涉像场；
所述中继成像系统用于将各成像通道中的目标光场耦合至所述面阵探测器上，形成偏振态不同的双目多重立体偏振干涉图像阵列。
2.如权利要求1所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述静态干涉系统包括分束器、双路对称式多级微反射镜以及阶跃式多级微反射镜；所述双路对称式多级微反射镜与所述阶跃式多级微反射镜正交设置。
3.如权利要求2所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述分束器为红外分束器，所述分束器的分光比为1：1，所述分束器与光轴呈45°设置。
4.如权利要求2所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述分束器将所述目标像场强度等分为第一相干光束和第二相干光束，所述第一相干光束和所述第二相干光束分别入射至所述双路对称式多级微反射镜和所述阶跃式多级微反射镜上；
所述第一相干光束经过所述双路对称式多级微反射镜的不同空间位置的子阶梯反射面进行二维相位调制后，返回所述分束器，并与所述阶跃式多级微反射镜反射回所述分束器的第二相关光束相遇，发生干涉。
5.如权利要求2所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述双路对称式多级微反射镜的横向阶梯总级数与干涉通道的数量一致；所述双路对称式多级微反射镜的纵向阶梯级数与成像通道的数量一致。
6.如权利要求5所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述双路对称式多级微反射镜的单侧子阶梯数为N，所述双路对称式多级微反射镜的纵向子阶梯数为4×N；所述单侧子阶梯数N对应单一成像通道中的干涉通道数；所述阶跃式多级微反射镜的横向子阶梯级数为M，所述成像通道数为4×M。
7.如权利要求6所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述双路对称式多级微反射镜的子阶梯高度为d，光程差的采样间隔为Δ＝2d。
8.如权利要求7所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述双路对称式多级微反射镜与所述阶跃式多级微反射镜的纵向第m阶第n级子阶梯对应的干涉通道的光程差表示为：
δ(m,n)＝2(Nm-n)d。
9.如权利要求1所述的双目立体偏振干涉成像光谱仪，其特征在于，所述第一成像通道与所述第二成像通道存在视差。
CN202311435796.9A 2023-10-31 2023-10-31 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪 Pending CN117268544A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311435796.9A CN117268544A (zh) 2023-10-31 2023-10-31 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311435796.9A CN117268544A (zh) 2023-10-31 2023-10-31 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117268544A true CN117268544A (zh) 2023-12-22

Family

ID=89214468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311435796.9A Pending CN117268544A (zh) 2023-10-31 2023-10-31 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117268544A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117474029A (zh) * 2023-12-28 2024-01-30 中科微点技术有限公司 基于区块链的ai偏振增强图码波频采集成像识别方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117474029A (zh) * 2023-12-28 2024-01-30 中科微点技术有限公司 基于区块链的ai偏振增强图码波频采集成像识别方法
CN117474029B (zh) * 2023-12-28 2024-03-22 中科微点技术有限公司 基于区块链的ai偏振增强图码波频采集成像识别方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108140248A (zh) 用于测向和测频的分布式阵列
CN103471715B (zh) 一种共光路组合式光场光谱成像方法及装置
CN105606217B (zh) 一种图像、光谱、偏振态一体化获取装置及方法
EP3144880B1 (en) A method and an apparatus for generating data representative of a light field
CN104793343A (zh) 三通道单渥拉斯顿棱镜偏振成像装置及偏振信息探测方法
CN117268544A (zh) 一种双目立体偏振干涉成像光谱仪
CN107356196B (zh) 三波长载频复用共路数字全息检测装置与方法
EP0897163B1 (fr) Procédé de production de données cartographiques par stéréovision
CN103698014B (zh) 快照式全偏振成像探测装置
CN104535188A (zh) 一种空间频率调制的静态全偏振成像探测系统及方法
CN108896183B (zh) 孔径编码偏振光谱成像装置
CN107228711A (zh) 紧凑微型快照式通道调制全偏振光谱成像探测装置及方法
CN104792416A (zh) 一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置
CN103592029B (zh) 快照式计算层析成像全偏振高光谱探测装置
CN107436194A (zh) 一种高光通量实时光谱成像装置
CN113790676B (zh) 一种基于编码孔径和光场分布的三维空间光谱成像方法及装置
CN107144351B (zh) 一种基于马赫泽德干涉仪的宽波段全偏振成像方法
CN104748855B (zh) 双通道高通量干涉成像光谱装置及方法
CN104913848A (zh) 全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪
CN114264370A (zh) 一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统和成像方法
CN110595621B (zh) 采用反射式相位延迟片阵列的全偏振视频成像装置
CN114659635B (zh) 一种基于像面分割光场的光谱深度成像装置及方法
CN108613742B (zh) 一种双通道大孔径静态干涉成像光谱仪
CN117309145A (zh) 一种双目立体干涉成像光谱仪
Marquez et al. Compressive spectral imaging via virtual side information

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination