[发明专利]快照式积分视场成像全偏振高光谱探测装置

说明书

【技术领域】

本发明属于光学遥感探测领域，涉及一种用于偏振光谱辐射探测领域的偏振光谱成像装置，特别涉及一种可实时获取二维目标的空间、高光谱、全Stokes偏振参数信息的快照式全偏振高光谱探测装置。

【背景技术】

物体辐射的电磁波中含有目标的空间、光谱和偏振等重要遥感信息，不仅能用于反演目标的形态及物理化学等特性，还能去除背景噪声提供高对比度的表面、形貌、阴影和粗糙度等信息。为使空间、光谱和偏振三维信息优势互补，增强探测复杂背景中目标的能力，应运而生了集三维信息获取技能于一体的新型前沿遥感探测技术：偏振光谱成像技术。其数据产品既可视为每个波长对应的多维偏振图像，也视为每个偏振态对应的光谱图像，对提高目标探测、识别及分类的效率和精准度具有一定潜力，在军事侦察、地球资源普查、环境卫生监测、自然灾害预报、大气探测、天文观测、机器视觉仿生、生物医学诊断等诸多领域都将具有重要的应用价值和前景。

偏振光谱成像技术是一项新型的前沿遥感探测技术，其独特的遥感探测优势已引起国内外重要研究机构的重视。国外研究机构主要集中在美、日、欧等国家的重大工程项目依托单位、军方、大学等。国内研究机构目前主要有安徽光机所、西安光机所、西安交通大学、西北工业大学、南京理工大学、北京航空航天大学等等，已报道的偏振光谱辐射探测技术各具特色。

偏振光谱成像技术是由偏振调制模块和光谱分光模块融合而成，后两者自身工作特点决定着前者的特性。若按获取二维空间目标的偏振和光谱信息的方式来分，偏振调制模块和光谱分光模块均可分为时序式和快照式两大类。当前，大多数偏振光谱成像技术都采用时序扫描方式（如画幅式、推扫式或窗扫式）获取二维场景的偏振光谱图像，需要从不同时刻获取的多帧图像数据中提取并重组二维空间目标的偏振光谱图像。涉及的技术主要是将时序式偏振调制模块与快照式光谱分光模块结合，如文献【1】；或者将时序式偏振调制模块与时序式光谱分光模块结合，如文献【2】和中国发明专利“高光谱全偏振成像遥感系统”（授权公开号：CN1900740）【3】；或者将快照式偏振调制模块与时序式光谱分光模块结合：如中国发明专利申请“干涉光场成像高光谱全偏振探测装置”（申请公开号：CN102680101A）【4】、中国发明专利“一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置”（授权公开号：CN101793559A）【5】、中国发明专利“静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置”（授权公开号：CN101806625A）【6】、中国发明专利申请“无源静态三角共路干涉成像光谱全偏振探测装置”（申请公开号：CN101799327A）【7】。

根据矢量双向反射分布函数，外场遥感探测中二维空间目标的偏振光谱分布具有时间和角度效应。因此上述六种时序获取技术的时间分辨率将受限，不适于动态或快速变化目标，大气或周围环境的不稳定性也会影响成像质量，还需要精确的空间定位系统。此外，对中国发明专利“一种轻小型干涉成像光谱全偏振探测装置”（授权公开号：CN101793559A）【5】报道的时序推扫装置而言，它是将不同时刻获得的一维空间偏振光谱图像合并为一幅二维空间偏振光谱图像作为最终产品；不仅二维空间偏振光谱图像的时间点难以界定，而且每一行偏振光谱图像经历的环境因素也不同；如果将其作为某一时刻的一幅二维空间偏振光谱图像对目标进行分析略显牵强。而对中国发明专利“静态傅立叶变换干涉成像光谱全偏振探测装置”（授权公开号：CN101806625A）【6】、中国发明专利申请“无源静态三角共路干涉成像光谱全偏振探测装置”（申请公开号：CN101799327A）【7】报道的时序窗扫系统而言，一个扫描周期获取的多帧序列图像中同一目标元对应的全部强度点为不同时间点获取的，且相应的探测方位角也不同；因此，探测强度的变化将是光源变化与系统本身调制机理共同作用的结果；若将探测强度的变化视为纯系统本身调制的结果，难以复原目标在某时刻某方位角的真实偏振光谱。由此可见，时差和方位角变化均可导致偏振光谱的非一致性问题，且在后期处理中是无法修正的，故时序扫描式的偏振光谱成像技术的实用价值不高。