【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及偏振成像，特别是涉及一种全场偏振态成像装置和方法。
技术介绍
1、偏振成像技术目前已广泛应用于军事遥感、目标识别、材料检测、癌症医学等各个领域，其形成的偏振态图像用于研究目标样品的材质、表面粗糙程度、化学特性等的特性。其原理是光波与具有双折射特性和旋光特性的目标物发生相互作用以后，光波的偏振特性发生改变，改变的偏振光特性反映了目标样品的特性。目前常用stokes(斯托克斯)矢量参数来描述光波的偏振特性，并将stokes矢量参数作为成像参数生成目标样品的偏振态图像。
2、请参阅图1，现有的偏振态成像装置包括光源模块1、偏振片2、偏振态测量模块3、偏振态成像单元4。所述光源模块1形成平行光，该平行光垂直穿过所述偏振片2形成线偏振光，在所述偏振态测量模块3中，该线偏振光作为待测样品的入射光，在待测样品表面发生反射形成后向散射光；通过测量可得到后向散射光的偏振态特征参数；所述偏振态成像单元4根据偏振光的特征参数生成偏振态图像。
3、为了直观反映入射光经过样品反射后的偏振态的变化，所述偏振态成像单元4生成偏振态图像时引入了偏振态色度值，偏振态色度值是将描述偏振态的stokes参量转换为rgb三基色(红色、绿色、蓝色)并计算出相应的色度值作为偏振色度值，生成偏振态色度图像。偏振态色度图像通过颜色体现了光的不同的偏振特性，能够直观反映样品的特性。
4、然而，现有技术生成的样品偏振态色度图像还存在某些区域颜色的对比度较低的问题，在细节上还不能很好地反映样品的特性。
技
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种全场偏振态成像装置，包括：圆偏振光发生器、偏振态测量模块和偏振态成像单元；所述圆偏振光发生器形成圆偏振光，所述偏振态测量模块位于圆偏振光的光路上，测量得到光的偏振特征，所述偏振态成像单元根据光的偏振特征生成偏振态色度图像。
2、本专利技术将圆偏振光作为入射光，采用本专利技术的全场偏振态成像装置生成的偏振态色度图像的信息丰富，能够显示样品的完全偏振特性，并且能够使同一测量位置上的前后变化更加明显，具有图像对比度较高，能够很好地反映样品细节特性的优点。
3、进一步地，所述圆偏振光发生器包括偏振片和四分之一波片，所述偏振片和四分之一波片配合形成圆偏振光，形成的圆偏振光的stokes矢量参数具有以下关系：满足s0＝s1，s0＝s3；或满足s2＝0，s1＝s2；其中，s0表示光矢量水平分量光强i0°与垂直分量光强i90°之和；s1为光矢量水平分量光强i0°和垂直分量光强i90°之差；s2为光矢量于45°方向线偏振分量光强i45°和135°方向的线偏振分量光强i135°之差；s3为光矢量右旋圆偏振分量光强ir和左旋圆偏振分量光强il之差。
4、进一步地，所述偏振态测量模块包括分光镜和感光相机；所述分光镜使圆偏振光通过后垂直照射到样品上并形成后向散射光，后向散射光经过分光镜射入感光相机中，所述感光相机测量后向散射光的偏振特征；
5、所述后向散射光的偏振特征为：后向散射光的光强值i0°、i90°、i135°、ir；其中，i0°表示光矢量水平分量光强值；i90°表示垂直分量光强值；i135°表示光矢量135°方向的线偏振分量光强值，ir表示光矢量右旋圆偏振分量光强值；
6、所述偏振态成像单元根据后向散射光的偏振态特征生成偏振态色度图像具体包括：计算样品后向散射射光的stokes矢量参数，用矩阵表示为：s'＝[s0'，s1'，s2'，s3']t，其中，t表示矩阵的转置；将stokes矢量参数转换为rgb三基色，得到相应的色度值，该色度值定义为pcv，其计算公式为：
7、
8、其中，rgb三基色指红绿蓝三基色颜色标准，r基色值指红色的基色值，g基色值指绿色的基色值，b基色值指蓝色的基色值；
9、通过pcv获得偏振态色度图像。
10、进一步地，所述感光相机为设有一面阵四通道偏振微列的全stokes相机，所述面阵四通道偏振微列由多个四通道单元集成，每个四通道单元的四个通道分别用于测量4个stokes矢量参数。
11、进一步地，所述圆偏振光发生器还包括led光源以及沿光路方向上依次设置的会聚物镜、孔径光阑、凸透镜。
12、进一步地，所述偏振态测量模块还包括显微物镜，所述显微物镜设置在样品与感光相机之间的光路上。
13、进一步地，所述偏振态测量模块还包括反射镜，所述反射镜设置在所述分光镜与样品之间的光路上。
14、进一步地，提供一种全场偏振态成像方法，包括以下步骤：
15、令圆偏振光照射在样品表面，反射形成后向散射光，测量后向散射光的偏振态特征；
16、根据后向散射光的偏振态特征生成偏振态色度图像。
17、进一步地，圆偏振光的stokes矢量参数具有以下关系：满足s0＝s1，s0＝s3；或满足s2＝0，s1＝s2；其中，s0表示光矢量水平分量光强i0°与垂直分量光强i90°之和；s1为光矢量水平分量光强i0°和垂直分量光强i90°之差；s2为光矢量于45°方向线偏振分量光强i45°和135°方向的线偏振分量光强i135°之差；s3为光矢量右旋圆偏振分量光强ir和左旋圆偏振分量光强il之差。
18、进一步地，所述后向散射光的偏振态特征为：后向散射光的光强值i0°、i90°、i135°、ir；其中，i0°表示光矢量水平分量光强值；i90°表示垂直分量光强值；i135°表示光矢量135°方向的线偏振分量光强值，ir表示光矢量右旋圆偏振分量光强值；
19、根据后向散射光的偏振态特征生成偏振态色度图像具体包括：计算样品后向散射射光的stokes矢量参数，用矩阵表示为：s'＝[s0'，s1'，s2'，s3']t，其中，t表示矩阵的转置；将stokes矢量参数转换为rgb三基色，得到相应的色度值，该色度值定义为pcv，其计算公式为：
20、
21、其中，rgb三基色指红绿蓝三基色颜色标准，r基色值指红色的基色值，g基色值指绿色的基色值，b基色值指蓝色的基色值；
22、通过pcv获得偏振态色度图像。
23、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
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1.一种全场偏振态成像装置，其特征在于，包括：圆偏振光发生器、偏振态测量模块和偏振态成像单元；所述圆偏振光发生器形成圆偏振光，所述偏振态测量模块位于圆偏振光的光路上，测量得到光的偏振特征，所述偏振态成像单元根据光的偏振特征生成偏振态色度图像。
2.根据权利要求1所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述圆偏振光发生器包括偏振片和四分之一波片，所述偏振片和四分之一波片配合形成圆偏振光，形成的圆偏振光的Stokes矢量参数具有以下关系：满足S0＝S1，S0＝S3；或满足S2＝0，S1＝S2；其中，S0表示光矢量水平分量光强I0°与垂直分量光强I90°之和；S1为光矢量水平分量光强I0°和垂直分量光强I90°之差；S2为光矢量于45°方向线偏振分量光强I45°和135°方向的线偏振分量光强I135°之差；S3为光矢量右旋圆偏振分量光强IR和左旋圆偏振分量光强IL之差。
3.根据权利要求2所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述偏振态测量模块包括分光镜和感光相机；所述分光镜使圆偏振光通过后垂直照射到样品上并形成后向散射光，后向散射光经过分光镜射入感光相机中，所述
4.根据权利要求3所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述感光相机为设有一面阵四通道偏振微列的全Stokes相机，所述面阵四通道偏振微列由多个四通道单元集成，每个四通道单元的四个通道分别用于测量4个Stokes矢量参数。
5.根据权利要求4所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述圆偏振光发生器还包括LED光源以及沿光路方向上依次设置的会聚物镜、孔径光阑、凸透镜。
6.根据权利要求5所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述偏振态测量模块还包括显微物镜，所述显微物镜设置在样品与感光相机之间的光路上。
7.根据权利要求6所述的全场偏振态成像方法，其特征在于：所述偏振态测量模块还包括反射镜，所述反射镜设置在所述分光镜与样品之间的光路上。
8.一种全场偏振态成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的全场偏振态成像方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的全场偏振态成像方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种全场偏振态成像装置，其特征在于，包括：圆偏振光发生器、偏振态测量模块和偏振态成像单元；所述圆偏振光发生器形成圆偏振光，所述偏振态测量模块位于圆偏振光的光路上，测量得到光的偏振特征，所述偏振态成像单元根据光的偏振特征生成偏振态色度图像。
2.根据权利要求1所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述圆偏振光发生器包括偏振片和四分之一波片，所述偏振片和四分之一波片配合形成圆偏振光，形成的圆偏振光的stokes矢量参数具有以下关系：满足s0＝s1，s0＝s3；或满足s2＝0，s1＝s2；其中，s0表示光矢量水平分量光强i0°与垂直分量光强i90°之和；s1为光矢量水平分量光强i0°和垂直分量光强i90°之差；s2为光矢量于45°方向线偏振分量光强i45°和135°方向的线偏振分量光强i135°之差；s3为光矢量右旋圆偏振分量光强ir和左旋圆偏振分量光强il之差。
3.根据权利要求2所述的全场偏振态成像装置，其特征在于：所述偏振态测量模块包括分光镜和感光相机；所述分光镜使圆偏振光通过后垂直照射到样品上并形成后向散射光，后向散射光经...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐志列，汪张弛，张壮壮，唐珮珺，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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