[发明专利]一种图像、光谱、偏振态一体化获取装置及探测方法

说明书

本发明公开了一种图像、光谱、偏振态一体化获取装置及探测方法，沿入射光传播方向，以主光轴方向依次设前置望远系统，消色差波片阵列、起偏器、Savart偏光镜、检偏器、成像镜阵列和面阵列CCD，通过消色差波片阵列对光谱及偏振信息进行四种调制，再通过起偏器、Savart偏光镜和检偏器组成偏振干涉仪得到调制后四个强度光谱干涉图像，通过傅里叶变换精确复原出目标图像、光谱和偏振态信息。克服了通道光谱技术测量Stokes矢量谱中复原光谱分辨率严重降低和复原光谱存在误差畸变的缺点。且偏振光谱信息复原结果对仪器存在高斯噪声及泊松噪声具有免疫作用，提高了获取干涉图数据的信噪比，解决了常规测量方法谱元分时探测信噪比低，时效性差的问题。

技术领域

本发明属于成像技术领域，涉及一种获取装置及探测方法，尤其是一种基于消色差波片阵列的图像、光谱、偏振态一体化获取装置及探测方法。

背景技术

成像技术可以描述目标的形貌特征，光谱技术刻画了物质与不同波长光的作用情况，偏振技术可以描述物质的散射与反射特性。在对目标的探测和认知过程中，同一目标的图像、光谱和偏振态可以提供互补的多元信息，获取这些信息可以帮助分析目标丰富的物理化学特性，从而实现对目标更加全面、准确、科学的认知，成像光谱偏振技术在大气探测、航天遥感、地球资源普查、医学诊断、军事侦查、农业和海洋遥感等领域有广泛和重要的应用。干涉成像光谱偏振技术作为一种新型的光学探测方法，可以同时获取目标的二维图像信息、图像中每一点的光谱信息，以及每个光谱段的偏振信息，大大提高了光学探测获取的信息量，为目标识别与探测提供了更加丰富的信息源，该技术目前国际上只有少数科研机构开展相关研究工作，且处于原理探索与实验验证阶段，其技术手段尚未成熟。

成像光谱偏振技术按照其构成核心元件可以分为：基于声光可调谐滤光片(Acoustooptic Tunable Filter，AOTF)、液晶可调谐滤光片(Liquid Crystal TunableFilter，LCTF)、狭缝色散、偏振光栅(Polarization Grating，PG)等器件的ISP，以及近年来发展起来的基于通道偏振光谱技术(Channeled Spectropolarimetry，CSP)的ISP。

基于AOTF的ISP中由于声光器件本身对噪声很敏感，所以获取的目标图像及偏振光谱信息信噪比较低。另一方面，由于其原理是利用AOTF进行光谱波段调节探测，因此光通量较低，且各光谱谱元的获取方式为分时获取，不利于光谱及偏振信息变化迅速的目标探测。相类似的还有基于LCTF的ISP，其原理为利用光强衰减的方式进行谱段选择，因此仍然具有光通量低，光谱谱元分时获取的弊端，同时该类ISP需要通过连续的4次测量才可获得全Stokes参量谱，导致光信息获取的时效性进一步降低。

基于狭缝色散的成像光谱仪已有成熟的发展，但其光路中的狭缝元件大幅降低了仪器光通量，导致获取的光谱信噪比不高，同时光谱分辨率也受到限制，在引入偏振信息的探测后，其缺点更加突显出来。

基于偏振光栅的ISP是近几年新提出的一种新颖的目标图像、光谱、偏振信息探测方式，目前仍处于原理研究及实验优化阶段，从文献中可以获知此类ISP光路简洁，静态探测等优点，但其元件加工难度较大，精度需求高，并且数据处理算法复杂，系统工程化的实现仍需进一步的原理优化。