一种适用于双色散型光谱线偏振成像系统的定标分析方法技术方案

本发明专利技术提出一种适用于双色散型光谱线偏振成像系统的定标分析方法。主要包括以下步骤：针对系统色散编码原理，建立简化系统模型；分析系统中目标光谱与编码的数学对应关系和各个成像面坐标系之间的变换关系；分析入射光的线性斯托克斯矢量在系统中的变换关系；在系统模型中引入光谱响应度因子；系统前向传播模型分析，结合模型进行定标实验，获取定标参数；根据建立的系统前向传播模型，完成系统的数据重建，恢复目标信息。本发明专利技术提出的方法可以将系统的光谱定标、模板定标、偏振定标和辐射定标纳入系统模型的分析范围，同时为编码模板的加载方法提供了依据，有助于分析和选择探测过程中使用的编码模板，提高了系统在重建过程中的数据恢复能力。的数据恢复能力。的数据恢复能力。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双色散型光谱线偏振成像系统的定标分析方法


[0001]本专利技术提出一种适用于双色散型光谱线偏振成像系统的定标分析方法，具体涉及一种基于编码孔径的双色散型光谱线偏振成像系统，一种适用该系统的系统模型分析方法，和一种在倾斜45
°
安装的数字微镜器件上加载编码孔径进行变光谱分辨率探测并重建的方法。

技术介绍

[0002]光学成像探测是一种获取空间分布信息的重要手段，在目标探测、分类、识别等方面有成熟、广泛的应用。光的振幅信息表现为辐射能量，可以由探测器接收并响应，因此光学成像中强度信息的获取、对强度图像的分析和应用研究最为成熟和完善。光学成像中的光谱特性来源于物质对于不同波长光的选择性发射、吸收或反射，可以反映物质的组成等化学信息。
[0003]偏振是光作为横波所具有的固有属性，是电矢量在正交方向有规律振动所表现出的特点，光经过物质表面后常带有与物质结构、特性相关的偏振特性，是可用于获取目标信息的重要维度。光谱成像和偏振成像为光学成像探测引入了额外的信息来源，在很多应用领域内可以有效提升探测效果。随着对多种维度信息探测需求不断增加，结合光谱成像和偏振成像的偏振光谱成像探测逐渐发展起来，目前也是一种重要的成像探测手段，在天文观测、大气探测、军事应用、海洋监测和目标检测等领域有着重要的应用。
[0004]编码孔径快照光谱成像仪(CASSI)是一种典型的计算光学成像技术，通过空间编码来获取目标的空间和光谱信息。根据色散器件的数量，CASSI系统可以分为两种类型：单色散类型(SD/>‑
CASSI)和双色散类型(DD
‑
CASSI)。
[0005]在SD
‑
CASSI系统中，入射光线通过编码孔径进行编码，并在探测器平面上色散。而DD
‑
CASSI系统则是在色散后对入射光线进行编码，并再次进行色散以抵消第一次色散的影响。虽然与SD
‑
CASSI相比，DD
‑
CASSI系统更复杂且具有更大的辐射能量损失，但其一个重要特点在于系统中两次色散相互抵消，从而实现了目标物点与图像像点的一一对应关系。
[0006]编码孔径的典型器件包括透射掩模板和数字微镜器件(DMD)。DMD平面由可以沿对角线方向旋转的数字微镜组成。在CASSI系统中，DMD通常在45
°
的角度上安装，以控制光路的方向和系统的体积。因此，有必要分析DMD在CASSI系统中的旋转安装对系统的影响。然而，许多CASSI系统的系统模型分析方法都是简化的，这些模型通常假设编码模板和编码孔径之间没有旋转，并且编码单元和成像像素的大小相同，因而难以用于指导系统的实际定标和重建过程。
[0007]偏振检测是遥感和其他相关领域的另一个研究热点。通过偏振反演，可以获取目标的特征，包括表面材料和粗糙度等。焦平面分割(DoFP)是一种偏振成像探测方法，通过微偏振阵列(MPA)获取入射光的0
°
、45
°
、90
°
和135
°
的偏振透偏角度的强度图像。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的问题是：针对现有双色散型光谱线偏振成像系统模型分析方法忽略系统定标和系统内部辐射信号传输的问题，分析推导该系统成像原理和模型，并利用建立的系统模型来指导该系统的定标过程和探测重建过程，提升了编码孔径压缩光谱偏振成像系统探测能力。
[0009]为了达到以上专利技术目的，本专利技术采用以下步骤予以实现。
[0010]步骤1，针对双色散型光谱线偏振成像系统的色散编码原理，如附图1所示，建立简化系统模型，为后续定标提供参考；
[0011]步骤2，根据双色散型光谱线偏振成像系统的结构，分析系统中目标光谱与编码的数学对应关系和各个成像面坐标系之间的变换关系，为光谱定标和模板定标提供依据，为光谱定标和模板定标提供依据；
[0012]步骤3，针对双色散型光谱线偏振成像系统中采用的DoFP偏振探测器件，分析入射光的线性斯托克斯矢量在系统中的变换关系，为偏振定标提供依据；
[0013]步骤4，针对双色散型光谱线偏振成像系统中CMOS探测器对于不同波长光的响应度不同，以及不同波长光在系统中传输时的辐射能量衰减程度不同，在系统模型中引入光谱响应度因子，为辐射定标提供依据；
[0014]步骤5，根据步骤1到步骤4所述的分析方法，完成了系统的前向传播模型分析。使用该模型指导进行实际的系统定标实验，获取所需的参数。
[0015]步骤6，根据建立的系统前向传播模型，进一步分析DMD器件上加载编码的方式和进行数据重建的方式，分析了变光谱分辨率探测的可能性，完成了系统的数据重建，获取目标的空间、光谱、线偏振信息。
[0016]本专利技术提供的双色散型光谱线偏振成像系统定标分析方法与其他现有的方法相比，其优势在于：
[0017]1.将系统的光谱定标、模板定标、偏振定标和辐射定标纳入系统模型的分析范围，除去了现有简化模型的认为编码器件和探测器安装过程没有旋转，且编码码元与探测器像元尺寸相同的假设，使模型更符合实际系统。
[0018]2.为DMD上编码模板的加载方法提供了指导和依据，并且能够解释通过改变合并码元数量进而改变系统光谱分辨率的原理和依据。
附图说明
[0019]附图1为一种双色散型光谱线偏振成像系统的结构图。
[0020]附图2为系统的定标分析方法和重建方法的流程图。
[0021]附图3为系统光谱定标和模板定标方法的流程图。
[0022]附图4为系统偏振定标方法的流程图。
[0023]图中具体标号如下：
[0024]1、目标
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2、成像物镜
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3、滤波片
[0025]4、一次像面
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5、准直透镜组A
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6、分光光栅
[0026]7、成像透镜组A8、DMD
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9、准直透镜组B
[0027]10、合光光栅
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11、成像透镜组B
ꢀꢀꢀ
12、DoFP探测器
[0028]13、微偏振片
具体实施方式
[0029]为了更清晰的解释本专利技术提供的双色散型光谱线偏振成像定标分析方法，现结合附图说明具体步骤如下：
[0030]1)针对一种典型的双色散型光谱线偏振成像系统，其结构如附图1所示，系统内部包含三个成像平面，分别为一次像面、DMD平面和DoFP探测器平面。本专利技术提出的针对该系统的定标分析方法和重建方法的流程示意图如附图2所示。包含连续光谱的入射光，在一次像面处成完善像，在DMD平面处成色散的像，在DoFP平面再次成完善像。这个成像过程可以表示为
[0031][0032]其中，坐标系X0:(x0,y0)、X
d
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双色散型光谱线偏振成像系统的定标分析方法，其特征在于，包括下列部分：步骤1，针对双色散型光谱线偏振成像系统的色散编码原理，如附图1所示，建立简化系统模型，为后续定标提供参考；步骤2，根据双色散型光谱线偏振成像系统的结构，分析系统中的各个成像面坐标系之间的变换关系和目标光谱与编码的数学对应关系，为光谱定标和模板定标提供依据；步骤3，针对双色散型光谱线偏振成像系统中采用的DoFP偏振探测器件，分析入射光的线性斯托克斯矢量在系统中的变换关系，为偏振定标提供依据；步骤4，针对双色散型光谱线偏振成像系统中CMOS探测器对于不同波长光的响应度不同，以及不同波长光在系统中传输时的辐射能量衰减程度不同，在系统模型中引入光谱响应度因子，为辐射定标提供依据；步骤5，根据步骤1到步骤4所述的分析方法，完成了系统的前向传播模型分析。使用该模型指导进行实际的系统定标实验，获取所需的参数。步骤6，根据建立的系统前向传播模型，进一步分析DMD器件上加载编码的方式和进行数据重建的方式，分析变光谱分辨率探测的可能性，完成系统的数据重...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，李河申，孙军华，张晞，刘惠兰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：