【技术实现步骤摘要】
本申请属于一种偏振相机，具体涉及一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机。
技术介绍
1、光谱偏振成像技术是一种涉及光学、机械、电子、计算机等学科的高新技术。传统的相机记录的是观测波长范围内光的强度，描绘目标的形貌特征。偏振相机在传统相机技术基础上，增加了少量光谱通道和全部的偏振信息。光谱信息与物质结构紧密相关，被称为物质光学“指纹”，能用于目标物质的成分分析，偏振信息可以描述物质的反射和散射特性，反映物体的表面特征、形状、纹理和粗糙度等。偏振提供的信息很大程度上与光谱或者强度无关，因此，具有潜在的增强光学探测效果的作用。光谱偏振成像技术必将在侦察、伪装识别、大气环境监测、生物医学、工业检测、农业和海洋遥感等领域发挥重要作用。
2、偏振相机按照测偏仪与照相机的结合方式不同，可分为分时间型、分振幅型、分焦平面阵列型和分孔径型等。其中，分时间型不能探测运动目标，不适合用于动态场景的偏振成像；分振幅型要求各个探测器的响应一致，且设计尺寸大，对振动敏感，成本较高；分焦平面阵列型空间分辨率较低，不能测量全部stokes参数，且存在由于视角误差引起的“马赛克”效应，成本也较高；分孔径型的空间分辨率仅为分振幅型的一半，且各个分区之间存在串扰。
技术实现思路
1、本申请的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机。
2、为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：
3、一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥
4、入射光经前置望远系统准直后变为平行光，通过消色差λ/4波片阵列和线偏振片被分为四束调制状态不同的光，四束调制状态不同的光经过后置望远镜、视场光阑、后置准直镜、滤光片、消色差四面角锥棱镜和成像透镜后，在面阵ccd的四个象限区域分别得到不同调制状态的四个目标图像，经复原得到最终的目标图像。
5、优选地，所述前置望远系统包括沿主光轴依次设置的前置望远镜、场镜和前置准直镜，所述前置望远镜为孔径光阑；
6、所述消色差λ/4波片阵列位于前置望远镜的像面位置。
7、优选地，所述消色差λ/4波片阵列包括第一消色差λ/4波片、第二消色差λ/4波片、第三消色差λ/4波片和第四消色差λ/4波片；
8、以主光轴方向作为z轴正向，建立空间直角坐标系xyz，且坐标系xyz满足右手定则；
9、所述第一消色差λ/4波片的快轴方向与x轴正向的夹角为40°，第二消色差λ/4波片的快轴方向与x轴正向的夹角为-40°，第三消色差λ/4波片的快轴方向与x轴正向的夹角为75°，第四消色差λ/4波片的快轴方向与x轴正向的夹角分别为-75°。
10、优选地，所述线偏振片的透振方向与x轴正向的夹角为90°。
11、优选地，所述消色差四面角锥棱镜的四个面尺寸和结构角均相同；消色差四面角锥棱镜的顶点向外凸出，并朝向滤光片。
12、优选地，所述消色差四面角锥棱镜位于消色差λ/4波片阵列的像面上，消色差四面角锥棱镜的四个面分别与第一消色差λ/4波片、第二消色差λ/4波片、第三消色差λ/4波片和第四消色差λ/4波片一一对应。
13、优选地，所述面阵ccd的感光面位于成像透镜的像方焦平面上。
14、优选地，所述入射光通过stokes矢量描述；
15、所述四束调制状态不同的光的s0分量和分别为：
16、
17、
18、
19、
20、其中，s0表示入射光光束总强度，s1表示入射光0°方向线偏振光与90°方向线偏振光强度之差，s2表示入射光45°方向线偏振光与135°方向线偏振光强度之差，s3表示入射光右旋圆偏振光与左旋圆偏振光强度之差。
21、优选地，所述第一消色差λ/4波片、第二消色差λ/4波片、第三消色差λ/4波片和第四消色差λ/4波片的穆勒矩阵均通过下式计算：
22、
23、其中，mr(θ)表示消色差λ/4波片的穆勒矩阵，θ表示消色差λ/4波片的快轴方向与x轴正向的夹角；
24、所述线偏振片的穆勒矩阵通过下式计算：
25、
26、其中，mp(σ)表示线偏振片的穆勒矩阵，σ表示线偏振片的透振方向与x轴正向夹角。
27、优选地，所述复原得到最终的目标图像，包括：
28、通过下式进行复原：
29、
30、
31、
32、
33、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
34、本申请提出一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，通过消色差λ/4波片阵列和线偏振片对入射光进行四种不同状态的调制，再通过与之匹配的消色差四面角锥棱镜折转光路，最终通过成像透镜成像在面阵ccd上。能够大大减小通常的分孔径型快拍式偏振相机的串扰问题，即子分区之间的光互相进入，导致分区图像不能完全反映真实图像。同时，也保持了分孔径式偏振成像的优势，能够对运动目标进行快拍式偏振成像，且相对更容易配准。
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1.一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，包括沿主光轴方向依次设置的前置望远系统(1)、消色差λ/4波片阵列(2)、线偏振片(3)、后置望远镜(4)、视场光阑(5)、后置准直镜(6)、滤光片(7)、消色差四面角锥棱镜(8)、成像透镜(9)和面阵CCD(10)；
2.根据权利要求1所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述前置望远系统(1)包括沿主光轴依次设置的前置望远镜(1.1)、场镜(1.3)和前置准直镜(1.2)，所述前置望远镜(1.1)为孔径光阑；
3.根据权利要求1或2所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述消色差λ/4波片阵列(2)包括第一消色差λ/4波片(2.1)、第二消色差λ/4波片(2.2)、第三消色差λ/4波片(2.3)和第四消色差λ/4波片(2.4)；
4.根据权利要求3所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述线偏振片(3)的透振方向与x轴正向的夹角为90°。
5.根据权利要求4所述基于偏振调制阵列和消色差
6.根据权利要求5所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述消色差四面角锥棱镜(8)位于消色差λ/4波片阵列(2)的像面上，消色差四面角锥棱镜(8)的四个面分别与第一消色差λ/4波片(2.1)、第二消色差λ/4波片(2.2)、第三消色差λ/4波片(2.3)和第四消色差λ/4波片(2.4)一一对应。
7.根据权利要求6所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述面阵CCD(10)的感光面位于成像透镜(9)的像方焦平面上。
8.根据权利要求1所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述入射光通过Stokes矢量描述；所述四束调制状态不同的光的S0分量和分别为：
9.根据权利要求1所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述第一消色差λ/4波片(2.1)、第二消色差λ/4波片(2.2)、第三消色差λ/4波片(2.3)和第四消色差λ/4波片(2.4)的穆勒矩阵均通过下式计算：
10.根据权利要求1所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述复原得到最终的目标图像，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，包括沿主光轴方向依次设置的前置望远系统(1)、消色差λ/4波片阵列(2)、线偏振片(3)、后置望远镜(4)、视场光阑(5)、后置准直镜(6)、滤光片(7)、消色差四面角锥棱镜(8)、成像透镜(9)和面阵ccd(10)；
2.根据权利要求1所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述前置望远系统(1)包括沿主光轴依次设置的前置望远镜(1.1)、场镜(1.3)和前置准直镜(1.2)，所述前置望远镜(1.1)为孔径光阑；
3.根据权利要求1或2所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述消色差λ/4波片阵列(2)包括第一消色差λ/4波片(2.1)、第二消色差λ/4波片(2.2)、第三消色差λ/4波片(2.3)和第四消色差λ/4波片(2.4)；
4.根据权利要求3所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述线偏振片(3)的透振方向与x轴正向的夹角为90°。
5.根据权利要求4所述基于偏振调制阵列和消色差四面角锥棱镜的偏振相机，其特征在于，所述消色差四面角锥棱镜(8)的四个面尺寸和结构角均相同；消色差四面角锥棱...
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