【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于望远成像和非相干数字全息三维成像，具体为一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置及方法，可应用于望远成像及空间目标三维位置追踪。
技术介绍
1、望远镜具有大视场、暗弱目标、超远距离成像探测能力，已经成为人类认知宇宙的重要工具。经过数百年的发展，针对不同应用场景(例如：常规地基、星载、光通信等)和具备不同功能(高分辨成像、空间位置跟踪、宽光谱观测等)的望远镜已经相继被开发出来。现有的光学望远系统大多采用的是基于几何光学的直接成像方式，通过机械变焦技术动态改变系统的成像焦距，从而实现对不同空间位置目标的观测成像。这种点对点、面对面的光学直接成像方式，虽然具有操作简单、真实可靠的优点，但是在多目标观测场景下，需要进行反复变焦，不具备直接“真三维”成像的特点。这种直接成像的方式本质上光学系统仅采集到物体的光强信息，而丢失了物体的相位信息。因此一种新的具备“真三维”成像的望远技术对于望远镜持续发展的重要性不言而喻。
2、近年来，计算成像技术已成为国内外成像领域研究的热点方向之一，为望远镜成像技术的发展注入新的研究思路。与传统成像技术不同的是，计算成像是通过主动编码光学系统，提高信息获取维度，提升成像信息获取及解译能力。自干涉数字全息作为计算成像技术的一种，能够实现非相干光照明下的非扫描三维成像、具有横向超分辨和特殊的波前记录能力，在三维成像、三维位置追踪、像差校正和偏振成像等应用中具有独特的优势。但现有的自干涉数字全息常采用的是基于空间光调制器的偏振分光方式，通过更换空间光调制器上加载的相位掩膜进行相移，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像方法，提供的两种望远成像配套装置的本专利技术的两个潜在的应用场景。
2、基于上述目的，本专利技术给出的技术方案如下：一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，包括依次光路连接的望远镜头、窄带滤光片(7)、第一线性偏振器(8)、几何相位透镜(9)、汇聚透镜(10)、第二线性偏振器(11)、图像传感器(12)；
3、所述望远镜头为透射式的开普勒式结构(如图1中3和6)，或是反射式的卡塞格林式结构(如图2中4，5和6)，其主要作用是收集来自远距离的待测物的微弱物光。
4、所述窄带滤光片的中心波长为532nm，带宽为10nm。
5、所述几何相位透镜对线性偏振光具有分光作用，分为汇聚的左旋圆偏振光和发散的右旋圆偏振光。中心波长为532nm，正负焦距焦距为+100mm和-100mm，
6、所述第一线性偏振器件和第二线性偏振器件分别为起偏器和检偏器，为可以控制旋转角度的线性偏振片。
7、在待测物质旁边设有照明光源，用于给待成像的物质提供光亮；图像传感器与计算机进行信号连接或电路连接。所述照明光源可以是白光光源、led光源或自然光光源，系统对于光源的限制条件更低。
8、采用上述装置进行一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像方法，其特征在于，来自远距离处的待观测目标反射或投射的物光线被望远镜头收集，从望远镜头输出平行光束，平行光束通过窄带滤光片滤掉其他波长的物光得到单色平行物光，单色平行物光进入到第一线性偏振器后被改变偏振方向，平行的线偏振物光进入几何相位透镜被分成发散的右旋圆偏振光和汇聚的左旋圆偏振光，两束物光传输以后被汇聚透镜收集汇聚以后，被第二线性偏振片再次改变偏振方向后被图像传感器接收，图像传感器将光信号输送给计算机，由计算机通过相移技术和重建算法即可重建出观测目标的像。
9、相移技术分为四步相移、三步相移和并行相移；相移量分别为0、π/2、π和3π/2；相移算法的表达式为：h＝(i4-i2)-i(i3-i1)，i1、i2、i3和i4分别对应相移量为0、π/2、π和3π/2的全息图，i为虚数。通过旋转第一线性偏振器8或者第二线性偏振器11的角度，改变成像系统的几何相位。不同相移值对应的旋转角度分别为：0°，45°，90°，135°。
10、所述重建算法主要分为：互相关算法和衍射重建算法。其中互相关算法需要同时采集系统的点源全息图和物体的全息图，衍射重建算法不需要额外记录点源全息图。
11、与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
12、1.本专利技术提供了一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像方法，在自然光照明条件下可实现远距离下的观测目标的三维成像及三维位置探测。
13、2.本专利技术提供的成像方法采用的同轴装置结构简单，光能利用率高，易于集成到其他装置，能够更好的辅助现有的望远系统。
14、3.本专利技术提供的成像装置具有成像环境要求低、成像速度快、成本低、采集图像数据量小等优点，在军事、航天、天文学和缺陷检测等领域具有较高的应用价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，包括依次光路连接的望远镜头、窄带滤光片(7)、第一线性偏振器(8)、几何相位透镜(9)、汇聚透镜(10)、第二线性偏振器(11)、图像传感器(12)。
2.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述望远镜头为透射式的开普勒式结构，或是反射式的卡塞格林式结构，其主要作用是收集来自远距离的待测物的微弱物光。
3.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述窄带滤光片的中心波长为532nm，带宽为10nm。
4.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述几何相位透镜对线性偏振光具有分光作用，分为汇聚的左旋圆偏振光和发散的右旋圆偏振光；中心波长为532nm，正负焦距焦距为+100mm和-100mm。
5.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述第一线性偏振器件和第二线性偏振器件分别为起偏器和检偏器，为可
6.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，在待测物质旁边设有照明光源，用于给待成像的物质提供光亮；图像传感器与计算机进行信号连接或电路连接；所述照明光源可以是白光光源、LED光源或自然光光源，系统对于光源的限制条件更低。
7.采用权利要求1-6任一项所述的装置进行一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像方法，其特征在于，来自远距离处的待观测目标反射或投射的物光线被望远镜头收集，从望远镜头输出平行光束，平行光束通过窄带滤光片滤掉其他波长的物光得到单色平行物光，单色平行物光进入到第一线性偏振器后被改变偏振方向，平行的线偏振物光进入几何相位透镜被分成发散的右旋圆偏振光和汇聚的左旋圆偏振光，两束物光传输以后被汇聚透镜收集汇聚以后，被第二线性偏振片再次改变偏振方向后被图像传感器接收，图像传感器将光信号输送给计算机，由计算机通过相移技术和重建算法即可重建出观测目标的像。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，相移技术分为四步相移、三步相移和并行相移；相移量分别为0、π/2、π和3π/2；相移算法的表达式为：H＝(I4-I2)-i(I3-I1)，I1、I2、I3和I4分别对应相移量为0、π/2、π和3π/2的全息图，i为虚数。通过旋转第一线性偏振器8或者第二线性偏振器11的角度，改变成像系统的几何相位，不同相移值对应的旋转角度分别为：0°，45°，90°，135°。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述重建算法主要分为：互相关算法和衍射重建算法。其中互相关算法需要同时采集系统的点源全息图和物体的全息图，衍射重建算法不需要额外记录点源全息图。
...【技术特征摘要】
1.一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，包括依次光路连接的望远镜头、窄带滤光片(7)、第一线性偏振器(8)、几何相位透镜(9)、汇聚透镜(10)、第二线性偏振器(11)、图像传感器(12)。
2.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述望远镜头为透射式的开普勒式结构，或是反射式的卡塞格林式结构，其主要作用是收集来自远距离的待测物的微弱物光。
3.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述窄带滤光片的中心波长为532nm，带宽为10nm。
4.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述几何相位透镜对线性偏振光具有分光作用，分为汇聚的左旋圆偏振光和发散的右旋圆偏振光；中心波长为532nm，正负焦距焦距为+100mm和-100mm。
5.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，所述第一线性偏振器件和第二线性偏振器件分别为起偏器和检偏器，为可以控制旋转角度的线性偏振片。
6.按照权利要求1所述的一种基于几何相位透镜的自干涉数字全息望远成像装置，其特征在于，在待测物质旁边设有照明光源，用于给待成像的物质提供光亮；图像传感器与计算机进行信号连接或电路连接；所述照明光源可以是白光...
【专利技术属性】
技术研发人员：万玉红，张文学，满天龙，周宏强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。