一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法，包含了：对被测物体(如手)辐射光进行收集的光学透镜；用于进行特定波长远红外的筛选的滤波片；用于得到偏振态的光并进行偏振态调制的起偏器；用于对被测量光路的偏振态进行进一步调制的偏振分析组件；成像透镜：用于即时成像，将通过偏振分析组件的光强聚焦以便红外焦平面板接收；由计算机控制使起偏器和波片转动的电源控制系统；配合偏振调制信息获得偏振图像的红外探测器。通过该系统可以快速、高效地获得红外偏振图像，并有助于医生及时准确地进行诊断。

A Polarization Modulation Upgrading Infrared Imaging System and Method

The present invention relates to a polarization modulation lifting infrared imaging system and method, which includes: an optical lens for collecting radiated light from a measured object (e.g. hand); a filter for filtering far infrared at a specific wavelength; a polarizer for obtaining polarized light and polarization modulation; and a polarization analysis group for further modulating the polarization of the measured light path. Image lens: For real-time imaging, the infrared focal plane plate can be received by focusing the intensity of the polarization analysis component; the power control system which rotates the polarizer and wave plate by computer control; and the infrared detector which obtains the polarization image with polarization modulation information. Through this system, infrared polarization images can be obtained quickly and efficiently, and it is helpful for doctors to diagnose in time and accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法
本专利技术涉及到光学医学影像学
，特别是一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法。
技术介绍
随着红外线的出现，红外热成像技术得到了发展，也逐渐由军工转向民用。作为天然的热辐射体，人体正常的干燥皮肤非常接近于理想黑体表面，但人体内外各部分辐射能量不同，其波长在2～20μm（远红外区）之间，其中8～14μm波段的辐射占人体总辐射量的46%。当人体为37℃时峰值波长为9.3482μm，所以通常选用敏感波长为8～14μm的红外探测器探测人体红外辐射。当人体患病时，人体的热平衡受到破坏，可通过红外技术测定人体的变化，于是集医学技术、红外摄像技术和计算机多媒体技术为一体的医用远红外热成像仪诞生，它是一种相较于目前CT、PET、B超等技术而言，对人体无损伤的一种检测方法。为了使医生及时准确的进行病情诊断，人们开始从热像仪温度灵敏度和图像清晰度这两个指标考虑提高成像分辨率，即通过从红外探测器材料提升灵敏度，或从分析温度功能的算法提升成像效果。于是有了四代红外热像仪的出现和图像处理技术的提高，从低性价比的光机扫描型热像仪到高性价比的非制冷红外焦平面型热像仪、热电制冷红外焦平面型热像仪，医用热像仪取得了很大突破。但在疾病诊断方面，制约红外热成像方法发展的最大障碍是其精度和准确度问题，而且由于人体结构的独特性和复杂性，传热机制尚未明确。即使现有的非制冷焦平面探测器在灵敏度和和响应度也偏低，且受材料和制作工艺限制、图像对比度低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服之前材料受限、图像对比度低的技术缺陷，提供一种成像速度快、分辨率高的提升红外成像的方法。实现本专利技术技术目的的技术解决方案为：一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法包括：光学透镜：收集被测物体辐射出的光；滤波片：从收集的光中筛选出所需波段的远红外波段起偏器：用于得到偏振态的光并进行偏振态的调制；偏振分析组件：用于对被测量光路的偏振态进行进一步调制，进而改变光强；成像镜头：用于即时成像，将通过偏振分析组件的光强聚焦以便红外焦平面板接收；红外探测器：配合偏振调制信息获得偏振图像并结合计算机处理获得偏振图像；电源控制系统：由计算机控制使起偏器和波片进行转动。作为本专利技术的优化方案，一种通过偏振调制提升红外成像的光学系统还包括计算机处理系统，将计算机处理系统和红外探测器相连，计算机对红外探测器所得到的斯托克斯矢量参数进行图像处理，从而获得热图。作为本专利技术的优化方案，偏振分析组件是由1/4旋转波片和线偏振器构成，通过旋转波片对远红外进行调制，进而改变光强并提供给红外探测器。作为本专利技术的优化方案，红外探测器采用非制冷型焦平面阵列，由通过光强变化来获得斯托克斯参量，从而获得偏振图像，通过计算机处理得到最终的伪彩色图像。一种通过偏振调制提升红外成像的方法，被测物辐射的光经过所述的光学系统时，人体体表辐射的远红外线会有所选择并形成偏振态，利用斯托克斯（Stokes）矢量对光路的偏振态进行描述（采用公式如下），最后用非制冷焦平面板收集经过计算机处理得到伪色彩的热图像。S0-I；S1-Q；S2-U；S3-V；(一束偏振态可由I、Q、U、V四个参数描述）式中S0为总光强；S1为水平偏振方向的光强分量I0和垂直偏振方向的光强分量I90之差；S2为偏振方向45°的光强分量I45与偏振方向-45°的光强I45之差；S3为左旋圆偏振光强分量IL与右旋圆偏光强分量IR之差。本专利技术与现有的技术相比，其显著优点在于：（1）成像速度快：采用光学成像方法，成像的时间几乎为零，主要时间用在获得各种偏振图像；（2）结构简单，不需要很复杂的工艺，成本低；（3）采用偏振光调试成像，通过旋转波片改变相位进而改变光强，通过测量光强求得斯托克斯参量，最终获得偏振图像；（4）图像分辨率高，偏振成像能将辐射强度相同而偏振特性不同的两物区分开。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中偏振测量原理图；图3是本专利技术中偏振片材料的选择表；图4是本专利技术采用的红外偏振片；图5是红外偏振片透过率与波长的关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1是通过偏振调制提升红外成像的系统的结构示意图。如图1所示：该系统主要包括6个部分，即光学透镜，主要是收集被测物体辐射出的光；滤波片，主要是从收集的光中筛选出所需波段的远红外波段；起偏器：用于得到偏振态的光并进行偏振态的调制；偏振分析组件：用于对被测量光路的偏振态进行进一步调制，进而改变光强；成像镜头，用于即时成像，将通过偏振分析组件的光强聚焦以便红外焦平面板接收；红外探测器，配合偏振调制信息获得偏振图像并结合计算机处理获得偏振图像；电源控制系统，通过计算机控制使起偏器和波片转动。该系统还包括计算机处理系统，将计算机处理系统和红外探测器相连，计算机对红外探测器所得到的斯托克斯矢量参数进行图像处理，从而获得热图。偏振分析组件是由1/4旋转波片和线偏振器构成，通过旋转波片对远红外进行调制，进而改变光强并提供给红外探测器，红外探测器采用非制冷型焦平面阵列，由通过光强变化来获得斯托克斯参量，从而获得偏振图像，通过计算机处理得到最终的伪彩色图像。图2是本专利技术中偏振测量原理图，该系统中偏振器的设计是核心，而根据测量方法的不同，设计的结构也不同。该专利技术采用斯托克斯参量的测量方法，大体分为偏振光调制法和多探测器测量方法。其中偏振光调制法就是关键，在光路中引入相位延时器通过旋转晶体波片改变相位从而改变光强达到测量斯托克斯参量的目的。而利用旋转波片来调节相位,还需要给偏振系统加一个机械传动装置,为降低整机成本用控制电源来实现。图3是本专利技术中偏振片材料的选择表，从表中可以看到利用与可见光一样的双折射原理,只能找到适用于波长小于7μm的棱镜,而在所测的8-14μm波段范围内的双折射棱镜目前还没有发现,所以选用金属光栅来制作偏振器。最终选择Thorlabs公司的ZnSe全息线栅偏振片，可透过波段范围从2μm-30μm，覆盖中波红外到长波红外波段，消光比范围从150：1到300：1，选择尺寸50mm,外形如图4所示。图5是红外偏振片透过率与波长的关系图，根据所选波段内适宜的光栅设计要求为宽波段、高透射率、高消光比。同时，一方面兼顾光栅材料在不同波段折射率的微小变化，另一方面考虑主透射率、消光比在整个波段范围的较优。从图中可以看出，ZnSe材料在四种材料中最为适合，其透过率大约为70%-75%左右。实施例：可选取人的胳膊为样本，在室温低于体温时，胳膊会辐射出的红外热辐射能，而物体辐射出来的总能量就等于物体自身辐射的能量与反射背景的能量的和，再加上单色波的能量比较微弱,所探测的能量应该是胳膊在8-14μm的单色波的积分。由于热辐射的两个正交的偏振分量在两个介质表面发生反射时,它们的反射率不同,这就使得在反射辐射中两偏振量的比例不平衡,从而引起了反射辐射的部分偏振性。根据基尔霍夫定律,物体的辐射率与其反射率是存在一定的关系的,所以反射辐射中偏振量的不平衡,又间接导致了胳膊自身辐射中偏振量的不平衡,从而产生了红外热辐射的偏振现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法，其特征在于，包括：光学透镜：收集被测物体辐射出的光；滤波片：从收集的光中筛选出所需波段的远红外波段；起偏器：用于得到偏振态的光并进行偏振态的调制；偏振分析组件：用于对被测量光路的偏振态进行进一步调制，进而改变光强；成像镜头：用于即时成像，将通过偏振分析组件的光强聚焦以便红外焦平面板接收；红外探测器：配合偏振调制信息获得偏振图像并结合计算机处理获得偏振图像；电源控制系统：由计算机控制使起偏器和波片转动。

【技术特征摘要】
1.一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法，其特征在于，包括：光学透镜：收集被测物体辐射出的光；滤波片：从收集的光中筛选出所需波段的远红外波段；起偏器：用于得到偏振态的光并进行偏振态的调制；偏振分析组件：用于对被测量光路的偏振态进行进一步调制，进而改变光强；成像镜头：用于即时成像，将通过偏振分析组件的光强聚焦以便红外焦平面板接收；红外探测器：配合偏振调制信息获得偏振图像并结合计算机处理获得偏振图像；电源控制系统：由计算机控制使起偏器和波片转动。2.根据权利要求1所述的一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法，其特征在于，所述的偏振调制系统还包括计算机处理系统，计算机处理系统和红外探测器相连，所述计算机处理系统对红外探测器所得到的斯托克斯矢量参数进行图像处理，从而获得热图。3.根据权利要求1所述的一种通过偏振调制提升红外成像系统及方法，其特征在于，所述的偏振分析组件是由1/4旋转波片和线偏振器构成，通过旋转波片对远红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学峰，
申请(专利权)人：湖北器长光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42