多光谱、多融合、激光偏振光学成像系统技术方案

提供一种系统和方法，用于产生目标的多能量图像。该系统包括一光源，以具有第一波长的第一数量的光和具有第二波长的第二数量的光照射一个目标，其中第二波长不同于第一波长。一个极化状态发生器为第一和第二数量的光的每一个产生一个极化状态，并包括第一偏光器，通过第一偏光器，第一和第二数量的光在进入第一波片之前被传输。一个极化状态接收器评价目标被照射后发生的第一和第二数量的光的极化状态，该极化状态接收器包括第二波片，通过第二波片，第一和第二数量的光在进入第二偏光器之前被传输。一个光学图像捕捉装置捕捉由第一数量的光所照射的目标的第一图像，以及由第二数量的光所照射的目标的第二图像。一个处理单元分配一个加权因子给第一和第二图像的至少其中之一，评价第一和第二图像之间的一个加权差值，以产生目标的一个多能量图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及光学成像系统，特别是涉及多融合、双旋转减速器/多能量基于完全Mueller矩阵的偏振器。所提出的成像系统基于多波长激光偏振测定，探询散射介质或任何一般的介质包围的目标，这利用了Mueller矩阵形式以及双能量相减技术。具体地说，术语“多融合(multifusion)”描述如偏振测定成像、双能量相减、多焦点成像、多次曝光以及其它的功能等等多种成像功能一起使用的情况。通过减去分别利用波长为λ1和λ2的探询光束获得的如极化度(DOP)、线性极化度(DOLP)、圆极化度(DCP)的偏振测定参数，系统获得增强的图像。本专利技术的多光谱、多融合、双能量基于Mueller的偏振器系统也可利用提供除了目标的空间和光谱信息之外的瞬时信息的持续时间短的光脉冲或光脉冲的快照。本专利技术具有多种潜在的应用，如应用在国土安全、国防和军舰，特别是用于目标识别、辨认与监视，医疗成像，生物工程和医疗应用，癌症检查，图像定向活组织检查和分子成像，以及物体的非破坏性评价，重点是用于工业成像。
技术介绍
在宇航、医疗、军事和工业应用中使用的穿过散射介质的光学成像和目标检测已经被研究。传统的偏振测定成像技术依靠这样的假设，即弱散射光维持其初始的极化状态，而强散射光不是这样。散射光的极化实际上依靠许多几何和物理参数。以激光束探询目标所捕捉的图像的亮度可通过改变入射激光束的激化状态和变化分析器的配置而被改变，以接收反向散射光的不同的极化成分。产生基于反向散射光极化状态的图像的早先的尝试已主要注意分析器检测到的穿过散射介质的线性极化的损耗。但是，线性极化光易于在大量的光散射介质中损耗重要程度的极化。基于Mueller矩阵概念，通过检测来自生物学上有启发意义的仿真模型，以及较小程度上来自生物组织的强散射光，这样的尝试已经失败，不能分析圆极化光的去极化。已经设计其它方法来增强利用光学成像技术捕捉的图像的外观。例如，这些图像的增强已经依靠双能量成像原理而被获得。双能量成像的这些原理包括利用两个光学图像，一个是由高能(低波长)光源探询目标而产生，另一个是由低能(高波长)光源探询目标而被产生。目标典型地是以不同于反射低能光的方式来反射高能光。这两个图像的加权相减可产生使干扰背景结构的外观最小化的一个强烈对比的数字图像。增强成像应用的已知的另外一项技术是使用焦距扫描设备。通过改变安装的镜头的焦深来引导探询目标所使用的光，目标的焦距扫描被执行。这基本上照射目标的单个“片段”，目标是位于自传播光的轴向上的镜头一个预定距离上。对多个不同焦深持续重复这一过程，直到全部三维目标已被捕捉，作为一个图像。但是，基于硬件的超分辨率的该方法不提供目标与干扰的背景噪声之间的必要对比。已经执行多种研究，来评价双旋转减速器完全Mueller偏振器的使用。但是，这些研究都没有融合具有偏振测量的双能量的性能。此外，存在其它的一些研究，这些研究包括宇航和医疗成像应用的双旋转偏光器不完全偏振器配置。但是由于在这些研究中包含的偏振器是不完全的，它们没有考虑椭圆极化的情形。而且，这些研究不期望双能量技术与偏振测定成像原理的融合。最后，提出与双能量性能融合的极化原理的利用，但这样的建议都忽略了包含双旋转减速器完全偏振器的工具。因此，在技术上要求一个成像系统可产生具有降低的噪声、高特异性和高对比度的改进的图像。该系统应该是一个完全偏振器，基于Mueller矩阵概念，通过从生物学上有启示意义的仿真模型以及从生物组织检测高度散射的光，来分析圆极化光的去极化。这样的系统应为国土安全、生物医疗、工业、宇航应用提供增强的成像性能。此外，光学融合传感器系统应拥有在宽的光谱带宽上的成像性能，同时在高度混乱的环境中通过快速检测、定位和辨认敌人目标提供想要的战舰认知。另外，该系统应是与一个有源或无源多光谱分光偏振计或多光谱成像系统可结合的，以增强成像，应该证明是有用的，在不利的大气和周围环境条件中表现出改善的性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是使为各种成像应用捕捉的图像的对比度最大化。本专利技术通过提供一种成像系统和方法来获得该目标和其它目标，该系统和方法通过从目标图像减去不想要的干扰结构以产生目标的一个多能量图像，并分析与目标相互作用的光的极化状态。根据一个方面，本专利技术提供一种多能量极化成像系统，该系统包括一个光源，以具有第一波长的第一数量的光和具有第二波长的第二数量的光来照射一个目标，其中第二波长不同于第一波长。一个极化状态发生器针对第一和第二数量的光各自产生一个极化状态，并包括第一偏光器，第一和第二数量的光在进入第一波片(waveplate)之前先通过第一偏光器来传输。一个极化状态接收器评价第一和第二数量的光在照射目标之后的极化状态，该极化状态接收器包括第二波片，第一和第二数量的光在进入第二偏光器之前通过第二波片来传输。一个光学图像捕捉装置捕捉由第一数量的光所照射的目标的第一图像，以及由第二数量的光所照射的目标的第二图像。一个处理单元分配一个加权因子给第一和第二图像的至少其中之一，评价第一和第二图像之间的一个加权差值，以产生目标的多能量图像。根据另一个方面，本专利技术也提供了一种方法，用于产生目标的一个多能量图像，该方法包括的步骤是发出具有第一波长的第一数量的光和具有不同于第一波长的第二波长的第二数量的光；通过极化、且随后相对于第一和第二数量的极化光各自的一个成分来延迟第一和第二数量的光各自的另一个成分，为第一和第二数量的光各自产生一个初始极化状态；且引导通常指向目标的第一和第二数量的光各自的极化状态。该方法进一步包括下面的步骤通过相对于照射目标后的第一和第二数量的光的一个成分来延迟第一和第二数量的光的另一个成分，然后极化被延迟的第一和第二数量的光，来分析第一和第二数量的光各自作为结果的极化状态；捕捉第一数量的光照射的目标的第一图像和第二数量的光照射的目标的第二图像；对第一和第二图像的至少其中之一进行加权；并且通过评价第一与第二图像之间的加权差值，来产生目标的多能量图像。附图说明参照附图，阅读下文中有关本专利技术的描述之后，本专利技术上述的和其它的特点与优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中图1是根据反向散射模式中配置的本专利技术的一个多光谱、多融合、双能量基于Mueller的光学成像系统的图示；图2是根据传输模式中配置的本专利技术的一个多光谱、多融合、双能量基于Mueller的光学成像系统的图示；图3是根据本专利技术的四分之一波减速器的一个图示；图4是根据利用有源多光谱分光偏振计、无源多光谱分光偏振计和激光雷达系统实现的本专利技术的一个多光谱、多融合、双能量基于Mueller的光学成像系统的一个简图；图5是根据本专利技术的多光谱、多融合、双能量基于Mueller的光学成像系统的一个网络的说明性配置；和图6是根据本专利技术的用于产生多能量图像的一种方法的实施例的一个流程图。具体实施例方式本文使用特定的术语只是为了方便，并不是作为对本专利技术的限制。此外，在图表中，特定的特征是以示意性的形式被表示。图1表示根据本专利技术的多能量极化成像系统100的一个实施例。成像系统100包括一个光源14，用于以具有第一波长的第一数量的光和具有第二波长的第二数量的光照射目标18。第二波长不同于第一波长，用以产生高对比度的图像。设置有一个极化状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多能量极化成像系统，包括：一光源，用于以具有第一波长的第一数量的光和具有第二波长的第二数量的光来照射一目标，其中所述第二波长不同于所述第一波长；一极化状态发生器，用于产生所述第一和第二数量的光各自的极化状态，所述极化状态 发生器包括第一偏光器，所述第一和第二数量的光在进入第一波片之前是通过所述第一偏光器传输的；一极化状态接收器，用于评价所述目标被照射后的所述第一和第二数量的光的作为结果的极化状态，所述极化状态接收器包括第二波片，所述第一和第二数量的光 在进入第二偏光器之前是通过所述第二波片传输的；一光学图像捕捉装置，用于捕捉由所述第一数量的光所照射的所述目标的第一图像，以及由所述第二数量的光所照射的所述目标的第二图像；一处理单元，用于：分配一个加权因子给所述第一和第二图像 的至少其中之一，且评价所述第一和第二图像之间的一个加权差值，以产生所述目标的一个多能量图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GC杰亚库斯，
申请(专利权)人：阿克伦大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]