[发明专利]一种基于偏振干涉的高光谱成像装置及其成像方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，涉及一种基于偏振干涉的高光谱成像装置及其成像方法。

背景技术

干涉型高光谱成像技术利用干涉信号与光谱信号之间的物理关系，通过对干涉信号进行傅立叶变换，复原获得目标的光谱图像信息，在药品检测、农业生产、环境检测、化学分析、刑事侦查等领域具有重要的应用价值。

剪切分束器是高光谱成像系统的核心组件，决定这仪器的使用特性和诸多参数指标，根据其原理的不同，目前的干涉型高光谱成像技术典型代表有：基于变型Sagnac的干涉成像光谱技术和基于双折射晶体的干涉成像光谱技术。其中以双折射晶体为分光元件的偏振干涉成像仪主要分为基于Wollaston棱镜的角剪切干涉仪和基于Savart棱镜的横向剪切干涉仪。Wollaston型的剪切分束器通常由两个完全相同的Wollaston棱镜组合而成，Savart型一般由两块并排放置的Savart板组成。在实际加工和装调中，难以保证两个Wollaston棱镜或Savart板的结构参数完全相同同时完全平行放置，一方面会影响结构支撑精度和稳定性，另一方面这会导致干涉条纹信号的混叠和调制度降低，影响复原光谱的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏振干涉的高光谱成像装置及其成像方法，解决了常规Wollaston型和Savart型干涉成像光谱技术方案中复杂度高、制造成本高等的技术问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于偏振干涉的高光谱成像装置，包括前置成像物镜、光阑、准直物镜、偏振分光棱镜、λ/2波片、Savart板、λ/4波片、后置成像物镜和探测器；共光轴依次设置前置成像物镜、光阑、准直物镜、偏振分光棱镜、λ/2波片、Savart板、λ/4波片，上述元件所在光轴为第一光轴；共光轴依次设置偏振分光棱镜、后置成像物镜和探测器，上述元件所在光轴为第二光轴；第一光轴和第二光轴垂直。

一种基于权利要求1所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置的成像方法，方法步骤如下：

第一步，目标透射或反射的光束经前置成像物镜成像至其像面位置的光阑上，经过准直物镜后形成准直光束入射至到偏振分光棱镜；

第二步，偏振分光棱镜把准直光束分解成平行于入射面振动的透射线偏振光和垂直于入射面振动的反射线偏振光；反射线偏振光自装置的光路中被反射出去；透射线偏振光经过λ/2波片改变偏振方向并进入Savart板；

第三步，上述线偏振光经过Savart板，被分解为两束强度相等、振动方向互相垂直、横向剪切分开的线偏振光，分别为寻常光和非寻常光；其中线偏振寻常光沿原方向传播；线偏振非寻常光相对于原方向有偏移量；

第四步，两束线偏振光射向λ/4波片后成为两束圆偏振光，经λ/4波片后表面反射再次通过λ/4波片成为两束与原偏振方向相垂直的线偏振光，并且各自以平行于入射方向反射至Savart板，获得两束出射方向互相平行、振动方向互相垂直、横向剪切距离增加的线偏振光；

第五步，上述平行的线偏振光经过λ/2波片后，偏振方向均旋转并再次进入偏振分光棱镜；

第六步，两束线偏振光经过偏振分光棱镜后，垂直于入射面振动的线偏振光的分量被反射，所述反射光经过成像物镜后会聚于探测器靶面上产生干涉图像；

第七步，通过对探测目标进行窗扫型扫描，即对基于偏振干涉的高光谱成像装置整体平移或旋转，由探测器获得目标的干涉图像序列；对干涉图像序列进行高精度图像配准，再对每个像素位置依次提取每帧图像相同位置上的图像数据组成完整的干涉信号数据，通过傅里叶变换处理便可复原出目标的光谱图像信息。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

(1)横向剪切分束器由Savart板和λ/4波片组合而成，其中λ/4波片的后表面镀制高反膜，降低横向剪切分束器的加工和装调难度，增加系统稳定性。

(2)目标光束经偏振分光棱镜反射的线偏振光可以被用来进行直接成像，为仪器装置提供了一种同时进行高分辨率成像的可行性。

附图说明

图1为本发明的基于偏振干涉的高光谱成像装置的结构示意图。

图2为本发明的横向剪切分束器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。