快照式全偏振成像探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种可实时获取二维空间偏振信息的快照式全偏振成像探测装置；由沿入射光向依次设置的前置光学镜组、全偏振调制模块、成像镜组、面阵探测器、数据采集处理系统组成。本发明专利技术由于采用了由三个渥拉斯顿棱镜构成的全偏振调制模块，快照一帧图像便可得到被测目标在某一时刻某一探测方位角的全偏振信息，包括：0°、90°、±45°、左旋和右旋圆偏振分量各自对应的二维空间图像，并且利用简单的代数算法进行处理便可得到全部Stokes偏振参数对应的二维空间图。本发明专利技术在天文观测、空间探测、地球遥感、机器视觉及生物医学诊断等领域具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
快照式全偏振成像探测装置【
】本专利技术属于光学遥感探测领域，涉及一种用于偏振辐射探测领域的偏振成像装置，特别涉及一种可实时获取二维空间目标全偏振信息的快照式全偏振成像探测装置。【
技术介绍
】物体反射的电磁波中含有重要偏振遥感信息，不仅能用于去除背景噪声，提供高对比度的表面、形貌、阴影和粗糙度等信息，还可以用于反演目标的尺寸、浓度等物理化学特性。偏振成像是一种同时获取目标空间和偏振信息先进遥感探测技术，对提高目标探测、识别及分类的效率和精准度具有一定潜力，在军事侦察、地球资源普查、环境卫生监测、自然灾害预报、大气探测、天文观测、机器视觉仿生、生物医学诊断等诸多领域都将具有重要的应用价值和前景。虽然偏振成像技术是一项新型的前沿遥感探测技术，但其独特的遥感探测优势已引起国内外重要研究机构的重视。国外研究机构主要集中在美、日、欧等国家的重大工程项目依托单位、军方、大学等；国内研究机构目前主要有安徽光机所、西安光机所、西安交通大学、西北工业大学、南京理工大学、北京航空航天大学等等，已报道的偏振辐射探测技术各具特色。全偏振成像探测的主要原理首先是探测各偏振分量(0°、90°、土45°、左旋和右旋圆偏振分量)对应的二维图像(Ir 19(1、I土45、IL> Ικ)，然后进行反演得到全StOkes参数的偏振图像(H+1-SpI。-190^S2=I45 - L45^S3=Il -1E)o全偏振成像技术是由全偏振调制模块和成像模块融合而成，全偏振调制模块的工作方式决定着系统的工作特性。若按获取二维空间目标的全偏振信息的方式来分，可分为时序式和快照式偏振成像两大类。当前，大多数偏振成像技术都采用时序获取方式(如旋转元件型和电调谐元件型)获取二维场景的偏振图像，需要从不同时刻获取的多帧图像数据中提取并重组二维空间目标的偏振图像。根据矢量形式的双向反射分布函数，外场遥感探测中二维空间目标的偏振辐射分布具有时间门和方位角效应。因此时序获取技术的时间分辨率将受限，不适于动态或快速变化目标，大气或周围环境的不稳定性会影响成像质量，需要精确的空间定位系统。相比之下，发展快照式偏振成像技术则是大势所趋，它可以实时探测目标在特定时刻特定方位角的偏振光谱分布，不仅提高了工作效率，还可有效避免多次测量时因环境变化而带来的影响。文献【I】曾报道了一种基于偏振立方体分束器和波片组合的快照式全偏振成像装置，该装置体积庞大，且偏振立方体分束器的消光比不高，难以实现偏振信息的精确编解码。最近，文献【2】曾报道了一种利用偏振片阵列和延迟器阵列组合的四分区方案实现全偏振信息的获取，但是偏振片阵列通常由为二向色性偏振片、线栅偏振片、极化偏振片等组成，消光比也相对较低。渥拉斯顿棱镜是一种具有比较流行的偏振分束器，它分开的两束光的消光比可达10_5，常被用于偏振探测领域。文献【3】曾报道了一种采用单渥拉斯顿棱镜的快照式线偏振成像仪，系统一次曝光只能获取0°和90°偏振分量对应的二维图像。文献【4】曾报道了一种基于双渥拉斯顿棱镜组合的一维图像快照获取装置，两渥拉斯顿棱镜的结构相反，由于利用一个成像镜进行成像，因此它需要采用前置狭缝限制偏振通道之间的混淆，后焦面上的面阵探测器一次曝光获可取0°、90°、土45°线偏振分量对应的一维图像(平行于狭缝长度方向)。为了获取全偏振信息，最近文献【5】报道了一种基于三渥拉斯顿棱镜组合的一维图像快照获取装置，主要是在文献【4】的装置中引入另一个渥拉斯顿棱镜和延迟器的组合，且三个渥拉斯顿棱镜的结构各不相同，一次曝光在成像镜后焦面上可获取0°、90°、土45°、左旋和右旋圆偏振分量对应的一维图像(平行于狭缝长度方向)。对于上述两种装置，为了获取另一维相应偏振图像(垂直于狭缝长度方向)，目标和系统之间需要相对移动，往往采用推扫模式获取数据，因此二维数据的不是同时得到的，难以真实反映特定时刻特定方位角下二维空间目标的偏振辐射分布信息。参考文献【I】J.Mudge, M.Virgenj and P.Dean，^Near-1nfrared simultaneous Stokesimaging polarimeter, Proc.SPIE7461，74610L-1-6(2009).【2】X.Meng，J.Li，Y.Zhang, and R.Zhu，〃Full-Stokes imagingpolarimetry using a combination of a retarder and a polarizer' Proc.SPIEj8908，890829-1-7(2013).【3】A.Beniere，M.Alouini，F.Goudail，and D.Dolfi，Design andexperimental validation of a snapshot polarization contrast imager, 〃Appl.0pt.48，5764-5773(2009).【4】E.01 i va，Wedged double Wollaston, a device for singleshot polarimetric measurements，〃Astronomy&Astrophysics SupplementSeries, 123，589-592，(1997).[5] J.D.Perreault,Triple Wollaston-prism complete-Stokes imagingpolarimeter，Optics Letters，38，3874-3877， (2013).【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于提供一种快照式全偏振成像测装置，其利用渥拉斯顿棱镜高消光比偏振分束的优势，后期数据处理简单、快捷，编解码精度高，减少反演计算时间，实现二维空间目标偏振辐射信息的 实时视频监视，不存在时差和方位角变化引起的信息失配等问题，不受环境变化因素影响。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:快照式全偏振成像测装置，由沿入射光向依次设置的前置光学镜组、全偏振调制模块、成像镜组、面阵探测器和数据采集处理系统组成；前置光学镜组由物镜、视场光阑、准直镜组成；全偏振调制模块由第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜、第三渥拉斯顿棱镜和四分之一波片组成；第一渥拉斯顿棱镜、第二渥拉斯顿棱镜和第三渥拉斯顿棱镜结构相同且以上中下方式并排放置；中部的第二渥拉斯顿棱镜中两个劈尖的光轴方向为±450，上部的第一渥拉斯顿棱镜中两个劈尖和下部的第三渥拉斯顿棱镜中两个劈尖的光轴方向一致均为O。和90°，四分之一波片位于第三渥拉斯顿棱镜的前面，且四分之一波片的快轴方向与第三渥拉斯顿棱镜中两个劈尖的光轴方向之间的夹角均为45° ;成像镜组由三个相同的成像镜采用上中下并排的方式放置；面阵探测器位于成像镜组的后焦面。本专利技术进一步的改进在于:二维空间目标发出的光依次进入所述前置光学镜组、全偏振调制模块、成像镜组，最终到达面阵探测器，数据采集处理系统控制面阵探测器快照一帧图像，得到被测目标在某一时刻某一探测方位角的全偏振信息，包括:0°、90°、±45°、左旋和右旋圆偏振分量各自对应的二维空间图像，然后数据采集处理系统提取和处理该帧图像数据得到全部本文档来自技高网...

【技术保护点】
快照式全偏振成像探测装置，其特征在于，由沿入射光向依次设置的前置光学镜组（100）、全偏振调制模块（200）、成像镜组（300）、面阵探测器（400）和数据采集处理系统（500）组成；前置光学镜组（100）由物镜（110）、视场光阑（120）、准直镜（130）组成；全偏振调制模块（200）由第一渥拉斯顿棱镜（210）、第二渥拉斯顿棱镜（220）、第三渥拉斯顿棱镜（230）和四分之一波片（240）组成；第一渥拉斯顿棱镜（210）、第二渥拉斯顿棱镜（220）和第三渥拉斯顿棱镜（230）结构相同且以上中下方式并排放置；中部的第二渥拉斯顿棱镜（220）中两个劈尖的光轴方向为±45°，上部的第一渥拉斯顿棱镜（210）中两个劈尖和下部的第三渥拉斯顿棱镜（230）中两个劈尖的光轴方向一致均为0°和90°，四分之一波片（240）位于第三渥拉斯顿棱镜（230）的前面，且四分之一波片（240）的快轴方向与第三渥拉斯顿棱镜（230）中两个劈尖的光轴方向之间的夹角均为45°；成像镜组（300）由三个相同的成像镜（310、320、330）采用上中下并排的方式放置；面阵探测器（400）位于成像镜组（300）的后焦面。...

【技术特征摘要】
1.快照式全偏振成像探测装置，其特征在于，由沿入射光向依次设置的前置光学镜组(100)、全偏振调制模块(200)、成像镜组(300)、面阵探测器(400)和数据采集处理系统(500)组成；前置光学镜组(100)由物镜(110)、视场光阑(120)、准直镜(130)组成；全偏振调制模块(200)由第一渥拉斯顿棱镜(210)、第二渥拉斯顿棱镜(220)、第三渥拉斯顿棱镜(230)和四分之一波片(240)组成；第一渥拉斯顿棱镜(210)、第二渥拉斯顿棱镜(220)和第三渥拉斯顿棱镜(230)结构相同且以上中下方式并排放置；中部的第二渥拉斯顿棱镜(220)中两个劈尖的光轴方向为±45°，上部的第一渥拉斯顿棱镜(210)中两个劈尖和下部的第三渥拉斯顿棱镜(230)中两个劈尖的光轴方向一致均为0°和90°，四分之一波片(240)位于第三渥拉斯顿棱镜(230)的前面，且四分之一波片(240)的快轴方向与第三渥拉斯顿棱镜(230)中两个劈尖的光轴方向之间的夹角均为45° ;成像镜组(300)由三个相同的成像镜(310、320、330)采用上中下并排的方式放置；面阵探测器(400)位于成像镜组(300)的后焦面。2.根据权利要求1所述的快照式全偏振成像探测装置，其特征在于，二维空间目标发出的光依次进入所述前置光学镜组(100)、全偏振调制模块(200)、成像镜组(300)，最终到达面阵探测器(400)，数据采集处理系统(500)控制面阵探测器(400)快照一帧图像，得到被测目标在某一时刻某一探测方位角的全偏振信息，包括:0°、90°、土45°、左旋和右旋圆偏振分量各自对应的二维空间图像，然后数据采集处理系统(500)提取和处理该帧图像数据得到全部Stokes偏振参数对应的二维空间图。3.根据权利要求1所述的快照式全偏振成像探测装置，其特征在于，前置光学镜组(100)为望远物镜、显微物镜或者普通物镜。4.根据权利要求1所述的快照式全偏振成像探测装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆廷魁，张淳民，李祺伟，贾辰凌，魏宇童，陈清颖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61