CN215263106U - 一种机载偏振光谱一体化探测系统 - Google Patents

Abstract

一种机载偏振光谱一体化探测系统，属于光学成像探测领域，为了解决现有技术的问题，该系统由大视场光学镜头、分光片、偏振成像模块和光谱成像模块组成，大视场光学镜头将光束聚焦；再经过分光片，一部分能量分给偏振成像模块，另一部分能量分给光谱成像模块；其中偏振成像模块可分为偏振微透镜阵列，偏振光栅阵列，偏振像元阵列，光束先后透过偏振微透镜阵列、偏振光栅阵列、偏振像元阵列；光谱成像模块可分为光谱微透镜阵列、光谱滤光片、光电转换基底，光束先后通过光谱微透镜阵列、光谱滤光片、光电转换基底；主要针对海面溢油范围广、定位不准等难点，通过多维广域搜索单元对海面进行大视场范围搜索，为海面溢油的快速精准监测提供决策信息。

Description

一种机载偏振光谱一体化探测系统

技术领域

本实用新型属于光学成像探测领域，特别涉及一种以多维广域搜索单元为核心的机载偏振光谱一体化的探测系统。

背景技术

随着对海洋开发力度的加大和海上运输业的不断发展，近年来海上不断发生溢油事故，石油进入海洋后若不及时处理，其危害是巨大的。人长期暴露在这样的环境中，会造成较高的癌症发病率；且石油具有易燃易爆炸的危害性，溢出后对个人和公共安全都会产生威胁；甚至直接破坏海洋环境，对海洋生物会产生灭顶之灾。

发现海上溢油后，最常用的首要措施是用围油栏将溢油限制在一定范围内，以便再用各种办法，诸如机械法、化学法、燃烧法等进行清除。因此在溢油事故发生后第一时间的监测和定位至关重要。目前常用的海面溢油监测的技术手段大多数监测范围较小且获得的图像信息少，因此提出一种机载偏振光谱一体化的探测系统。

本实用新型主要提出一种以多维广域搜索单元为核心的机载偏振光谱一体化探测系统，可同时共口径获取海面偏振和光谱信息。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供一种以多维广域搜索单元为核心的机载偏振光谱一体化探测系统。

本实用新型解决技术问题的方案是：

一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征是，该系统由大视场光学镜头、分光片、偏振成像模块和光谱成像模块组成，大视场光学镜头用于收集海面广阔区域内的信息，并将光束聚焦；再经过分光片，采用能量分光方式，一部分能量分给偏振成像模块，另一部分能量分给光谱成像模块；其中偏振成像模块可分为偏振微透镜阵列，偏振光栅阵列，偏振像元阵列，光束先后透过偏振微透镜阵列、偏振光栅阵列、偏振像元阵列；光谱成像模块可分为光谱微透镜阵列、光谱滤光片、光电转换基底，光束先后通过光谱微透镜阵列、光谱滤光片、光电转换基底；偏振探测模块同时获取0°、45°、90°、135°线偏振方向信息，面阵光谱芯片同时获取通道光谱图像；两个探测器获取图像视场匹配，以便后续图像融合。

本发明的有益效果是：一种以多维广域搜索单元为核心的机载偏振光谱一体化探测系统，主要针对海面溢油范围广、定位不准等难点，通过多维广域搜索单元对海面进行大视场范围搜索，利用面阵偏振相机和面阵多光谱相机同时共口径获取海面偏振和光谱图像，并将图像实时传输给信息融合处理单元进行存储和处理；并且可通过多谱段偏振图像区估算溢油面积，为海面溢油的快速精准监测和溯源治理提供决策信息。

1、本发明采用透镜阵列，一次采集就能得到物体的数据立方体，可以对海面运动物体和瞬时现象光谱成像与偏振成像。

2、本发明的面阵光谱偏振一体化的成像装置相比传统技术，实现了实时共口径获取海面偏振和光谱图像。

3、本发明的偏振模块采用分焦平面偏振成像获取偏振信息相比较于其他偏振成像方式，具有系统集成度高、能量损失小、功耗低、质量轻等优点。

4、本发明的光学系统光路分布简单，可以大大减少光学部件数量。

5、本发明的成本低，该装置的偏振和光谱成像原理简单，而且用到的器件成本相对于传统技术方案中的器件大大减少。

附图说明

图1为一种机载偏振光谱一体化探测系统的结构示意图。

其中，1-大口径光学镜头、2-分光片、3-偏振微透镜阵列，4-偏振光栅阵列，5-偏振像元阵列、6-光谱微透镜阵列、7-光谱滤光片、8-光电转换基底。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种机载偏振光谱一体化探测系统，主要由大视场光学镜头1、分光片2、偏振成像模块和光谱成像模块组成。大视场光学镜头1用于收集海面广阔区域内的信息，并将光束聚焦；再经过分光片2，采用能量分光方式，一部分能量分给偏振成像模块，另一部分能量分给光谱成像模块；其中偏振成像模块可分为偏振微透镜阵列3，偏振光栅阵列4，偏振像元阵列5，光束先后透过偏振微透镜阵列3、偏振光栅阵列4、偏振像元阵列5，光谱成像模块可分为光谱微透镜阵列6、光谱滤光片7、光电转换基底8，光束先后通过光谱微透镜阵列6、光谱滤光片7、光电转换基底8。偏振探测模块同时获取0°、45°、90°、135°线偏振方向信息，面阵光谱芯片同时获取8通道光谱图像。两个探测器获取图像视场匹配，以便后续图像融合。

所述分光片2以多层介电膜真空蒸镀的方式制作而成；所述偏振成像模块为分焦平面偏振相机；所述分焦平面偏振相机包括偏振微透镜阵列3、偏振光栅阵列4、偏振像元阵列5；所述偏振微透镜阵列3由m×n个透镜构成，m≧3，n≧3；每个透镜均能对目标成像，且不同透镜所成的像不交叠；所述偏振光栅阵列包4含多个紧密相连的2×2超像素单元；所述2×2超像素单元包含一个90°偏振单元、一个45°偏振单元、一个135°偏振单元和一个0°偏振单元；所述像元阵列5中每个像元对应一个方向的微偏振片，每四个像元一组作为一个计算单元；所述光谱成像模块即滤光片阵列分焦平面光谱仪；所述滤光片阵列分焦平面光谱仪包括镜头、微透镜阵列、滤光薄膜、光电转换基底。

本实用新型的工作过程如下：

海面目标光信息通过光学镜头汇聚于大视场光学镜头中，并将光线束聚焦，光线通过以多层介电膜真空蒸镀方式制作的分光片2，光线被分成两部分，一半入射光能量被反射，进入光谱成像模块；另一半入射光能量被透射，进入偏振成像模块。目标光线依次经过微透镜阵列3，偏振光栅阵列4，像元阵列5，通过在像元上光刻金属光栅实现一个像元对应一个方向的微偏振器件。相邻四个像元组成一个2×2排列的偏振超级像元的形式，四个像元一对一分别对应焦平面的0°、45°、90°、135°四个微偏振片，每个超级像元内可同时获取上述四个方向的偏振信息，再经过合理的偏振微元排列和数学计算，最终获取不同偏振方向上的可见光偏振图像。光线经过反射进入光谱成像模块，光线经过微透镜阵列6汇聚，再通过滤光片7进行分光调制，最后在光电转换基底8转换解调，可以获取目标在可见光范围下的8通道光谱图像数据。最终将得到的偏振图像和光谱图像信息，通过信息输入接口进入信息融合处理单元进行信息存储、融合，进而输出。

通过多维广域搜索单元可得到多谱段偏振图像，进而将相关信息传输给星载偏振光谱一体化海面溢油光学遥感系统的其他分系统，再进行信息融合处理，为实现区分溢油种类、反演油膜厚度和估算溢油面积提供了重要信息。

Claims (5)

1.一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征是，该系统由大视场光学镜头(1)、分光片(2)、偏振成像模块和光谱成像模块组成，大视场光学镜头(1)用于收集海面广阔区域内的信息，并将光束聚焦；再经过分光片(2)，采用能量分光方式，一部分能量分给偏振成像模块，另一部分能量分给光谱成像模块；其中偏振成像模块可分为偏振微透镜阵列(3)，偏振光栅阵列(4)，偏振像元阵列(5)，光束先后透过偏振微透镜阵列(3)、偏振光栅阵列(4)、偏振像元阵列(5)；光谱成像模块可分为光谱微透镜阵列(6)、光谱滤光片(7)、光电转换基底(8)，光束先后通过光谱微透镜阵列(6)、光谱滤光片(7)、光电转换基底(8)；偏振探测模块同时获取0°、45°、90°、135°线偏振方向信息，面阵光谱芯片同时获取8通道光谱图像；两个探测器获取图像视场匹配，以便后续图像融合。

2.根据权利要求1所述的一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征在于，所述分光片(2)以多层介电膜真空蒸镀的方式制作而成。

3.根据权利要求1所述的一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征在于，所述偏振微透镜阵列(3)由m×n个透镜构成，m≧3，n≧3；每个透镜均能对目标成像，且不同透镜所成的像不交叠。

4.根据权利要求1所述的一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征在于，所述偏振光栅阵列(4)包含多个紧密相连的2×2超像素单元。

5.根据权利要求1所述的一种机载偏振光谱一体化探测系统，其特征在于，所述偏振像元阵列(5)中每个像元对应一个方向的微偏振片，每四个像元一组作为一个计算单元。

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