CN206038152U - 一种偏振干涉光谱成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种偏振干涉光谱成像系统，包括沿光路方向依次布置的：用于接收目标物发出的光并对入射光进行准直的透镜组；微透镜阵列，包括以阵列形式排布的N个微透镜；用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光的双折射分光系统；用于将每一分量的两束线偏振光形成的干涉光汇聚到光电探测器的成像透镜；光电探测器；用于将光电探测器获取的N个由平行分量形成的干涉图像以及N个由垂直分量形成的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图的数据处理器。本实用新型偏振干涉光谱成像系统，具有结构简单稳定、光谱带通宽、光谱分辨率高等特点，并能够实现对动态目标的实时探测。
Description
技术领域
本实用新型涉及偏振光谱成像技术领域，特别是涉及一种偏振干涉光谱成像系统。
背景技术
偏振光谱成像技术融合了光谱成像技术和偏振技术的优点，可以同时获得目标的空间信息、光谱以及偏振信息，是光学遥感和空间探测中重要的技术手段。
差分偏振光谱成像技术是由差分偏振成像技术发展而来。差分偏振成像技术仅获得目标正交偏振分量的偏振图像，用以去除背景，提高目标对比度，差分偏振光谱成像技术是将光谱成像技术与差分偏振成像技术相融合。目前，有基于光栅光谱仪的差分偏振光谱成像仪、基于声光调谐滤光片的差分偏振光谱成像仪，这类光谱成像仪存在信噪比低、光谱带通窄、机械结构容易抖动、分辨率低等缺点，并且只能探测静态目标；另外有基于偏振分光器件的差分偏振光谱成像仪，这类光谱成像仪虽然结构稳定、光谱带通宽，但采集图像时使用窗扫描，需要在时间段内采集目标的多次图像，根据多次采集的图像获得目标的偏振光谱测量结果，属于时空调制型，也无法对动态目标进行探测。
实用新型内容
鉴于此，本实用新型提供一种偏振干涉光谱成像系统，具有结构简单稳定、光谱带通宽、光谱分辨率高等特点，并能够实现对动态目标的实时探测。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种偏振干涉光谱成像系统，包括沿光路方向依次布置的：
用于接收目标物发出的光并对入射光进行准直的透镜组；
用于产生目标物的N个子图像的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括以阵列形式排布的N个微透镜，N为大于零的正整数；
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光的双折射分光系统；
用于将每一分量的两束线偏振光形成的干涉光汇聚到光电探测器的成像透镜；
所述光电探测器；
与所述光电探测器相连的、用于将所述光电探测器获取的N个由平行分量形成的干涉图像以及N个由垂直分量形成的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图的数据处理器。
可选地，所述双折射分光系统包括：
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量的双折射偏光镜；
用于将每一子图像光的每一分量分成振动方向正交的两束线偏振光的双折射棱镜对；
用于将每一线偏振光的偏振方向转化的线偏振元件。
可选地，所述双折射偏光镜包括相互贴合的具有第一光轴方向的第一偏光板和具有第二光轴方向的第二偏光板，第一光轴方向在xy平面的投影与第二光轴方向在xy平面的投影的夹角为90度；
所述双折射棱镜对的光轴与x轴的夹角分别为0度和90度；
所述线偏振元件的偏振方向与所述双折射偏光镜的任意一个光轴方向平行；
沿入射光传播的方向为z轴方向，垂直于z轴方向的竖直方向为y轴方向，垂直于z轴方向的水平方向为x轴方向，x轴、y轴、z轴三者符合右手螺旋定则。
可选地，所述光电探测器的光感应面位于所述成像透镜的焦平面上。
可选地，所述透镜组为望远透镜组。
可选地，所述光电探测器包括CCD探测器。
可选地，所述数据处理器为计算机。
由上述技术方案可知，本实用新型所提供的偏振干涉光谱成像系统，包括沿光路方向依次布置的透镜组、微透镜阵列、双折射分光系统、成像透镜、光电探测器和数据处理器。目标物发出的光经透镜组转换为平行光，经过微透镜阵列形成N个携带相同信息的子图像；每一子图像光经过双折射分光系统，被分为振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光；每一子图像光的平行分量对应的两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器，形成平行分量的干涉图像，每一子图像光的垂直分量对应的两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器，形成垂直分量的干涉图像；数据处理器将N个平行分量的干涉图像以及N个垂直分量的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图。
本实用新型偏振干涉光谱成像系统，同时获得N个平行分量的干涉图像和N个垂直分量的干涉图像，根据N个平行分量的干涉图像和N个垂直分量的干涉图像，处理获得目标物的带有偏振信息的光谱图。能够实现对动态目标的实时探测，并且所述偏振干涉光谱成像系统具有结构简单稳定、光谱带通宽、光谱分辨率高等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种偏振干涉光谱成像系统的示意图；
图2为本实用新型又一实施例提供的一种偏振干涉光谱成像系统的示意图；
图3为本实用新型实施例中双折射偏光镜的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中双折射棱镜对的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
请参考图1，为实用新型本实施例提供的一种偏振干涉光谱成像系统的示意图，本实施例偏振干涉光谱成像系统包括沿光路方向依次布置的：
用于接收目标物发出的光并对入射光进行准直的透镜组10；
用于产生目标物的N个子图像的微透镜阵列11，所述微透镜阵列11包括以阵列形式排布的N个微透镜，N为大于零的正整数；
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光的双折射分光系统12；
用于将每一分量的两束线偏振光形成的干涉光汇聚到光电探测器14的成像透镜13；
所述光电探测器14；
与所述光电探测器14相连的、用于将所述光电探测器14获取的N个由平行分量形成的干涉图像以及N个由垂直分量形成的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图的数据处理器15。
本实施例提供的偏振干涉光谱成像系统，包括沿光路方向依次布置的透镜组10、微透镜阵列11、双折射分光系统12、成像透镜13、光电探测器14和数据处理器15。目标物发出的光由透镜组进入成像系统，经透镜组转换为平行光，经过微透镜阵列形成N个携带相同信息的子图像；每一子图像光经过双折射分光系统，每一子图像光被分为振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光；每一子图像光的平行分量对应的两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器，形成每一子图像平行分量的干涉图像，每一子图像光的垂直分量对应的两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器，形成每一子图像垂直分量的干涉图像；数据处理器将N个平行分量的干涉图像以及N个垂直分量的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图。
本实施例偏振干涉光谱成像系统，能同时获得N个平行分量的干涉图像和N个垂直分量的干涉图像，根据N个平行分量的干涉图像和N个垂直分量的干涉图像，处理获得目标物的带有偏振信息的光谱图。因此能够对动态目标进行成像，能够实现对动态目标的实时探测，且所述偏振干涉光谱成像系统具有结构简单稳定、光谱带通宽、光谱分辨率高等特点。
下面对本实施例偏振干涉光谱成像系统进行详细说明。本实施例提供的偏振干涉光谱成像系统包括透镜组10、微透镜阵列11、双折射分光系统12、成像透镜13、光电探测器14和数据处理器15。本实施例中定义：沿入射光传播的方向为z轴方向，垂直于z轴方向的竖直方向为y轴方向，垂直于z轴方向的水平方向为x轴方向，x轴、y轴、z轴三者符合右手螺旋定则。
其中，透镜组10用于接收目标物发出的光并对入射光进行准直，使目标物发出的光经过透镜组转换为平行光。所述透镜组10可以是望远透镜组，该成像系统能够进行遥感探测。
所述微透镜阵列11包括以阵列形式排布的N个微透镜，平行光经过微透镜阵列11后，形成目标物的N个携带相同信息的子图像。
本实施例中，参考图2所示，所述双折射分光系统12包括：
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量的双折射偏光镜120；
用于将每一子图像光的每一分量分成振动方向正交的两束线偏振光的双折射棱镜对121；
用于将每一线偏振光的偏振方向转化的线偏振元件122。
具体的，本实施例中所述双折射偏光镜120为萨瓦尔偏光镜，双折射偏光镜120包括相互贴合的具有第一光轴方向的第一偏光板和具有第二光轴方向的第二偏光板，第一光轴方向在xy平面的投影与第二光轴方向在xy平面的投影的夹角为90度，可参考图3所示，图3为本实施例中双折射偏光镜的结构示意图，图中箭头所指方向为光轴方向。每一子图像光经过所述双折射偏光镜被120分成振动方向正交的平行分量和垂直分量，平行分量指平行于x轴方向的分量，垂直分量指垂直于x轴方向的分量。
所述双折射棱镜对121为渥拉斯顿棱镜，所述双折射棱镜对121的光轴与x轴的夹角分别为0度和90度，可参考图4所示，图中箭头所指方向为棱镜的光轴方向。每一子图像光的平行分量经过双折射棱镜对121，被分成振动方向正交的两束线偏振光；每一子图像光的垂直分量经过双折射棱镜对121，被分成振动方向正交的两束线偏振光。
每一分量光的两束线偏振光经过双折射棱镜对121产生的光程差，与该分量光在双折射棱镜对上的入射位置的y坐标值具有线性关系，光程差表达式为：Δ＝2(ne-no)ytanθ，其中Δ表示光程差，ne表示棱镜中e光折射率、no表示棱镜中o光折射率，θ表示棱镜的楔角，y表示入射光入射位置的y坐标。因此，对于N个子图像光，入射到双折射棱镜的位置不同，相同分量的两束线偏振光的光程差不同，可产生N个具有不同光程差的平行分量的干涉图像和N个具有不同光程差的垂直分量的干涉图像。
所述线偏振元件122的偏振方向与所述双折射偏光镜120的任意一个光轴方向平行。
每一子图像光的平行分量的两束线偏振光经过线偏振元件122，转化为与线偏振元件的偏振方向相同的线偏振光，两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器光感应面，得到每一子图像的平行分量的干涉图像。每一子图像光的垂直分量的两束线偏振光经过线偏振元件，转化为偏振方向与线偏振元件相同偏振方向的线偏振光，两束线偏振光形成的干涉光经成像透镜汇聚到光电探测器光感应面，得到每一子图像的垂直分量的干涉图像。
本实施例中优选的，所述光电探测器14的光感应面位于所述成像透镜13的焦平面上。
在光电探测器14的光感应面上，对于每一子图像，形成正交偏振分量的电场矢量的表达式分别如下：
其中，Jwp1+Jwp2ei2πΔλ表示渥拉斯顿棱镜的琼斯矩阵，Jsp1和Jsp2表示萨瓦尔偏光镜的琼斯矩阵，JLA表示线偏振元件的琼斯矩阵，E||表示目标图像的电场矢量的平行分量，E⊥表示目标图像的电场矢量的垂直分量。
在光电探测器14的光感应面上接收的正交偏振分量的两幅干涉图像表达式分别为：
对于N个子图像光，由于入射到双折射棱镜的位置不同，不同子图像之间的光程差是不相同，不同子图像的相同分量的两束线偏振光的光程差不同，即可产生N个具有不同光程差的平行分量的干涉图像和N个具有不同光程差的垂直分量的干涉图像。数据处理器根据得到的N个平行分量的干涉图像和N个垂直分量的干涉图像，对平行分量的干涉图序列和垂直分量的干涉图序列分别进行数据提取和重构，得到目标物的三维干涉图像，再利用傅里叶变换反演出两幅光谱图，即正交偏振分量光谱图，两光谱图像之差即为目标物的差分偏振光谱图像，两光谱图像之差与两光谱图像之和的比值即为目标物的线偏振度光谱图像。
本实施例中，所述光电探测器可采用CCD探测器。所述数据处理器15为计算机。
以上对本实用新型所提供的一种偏振干涉光谱成像系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种偏振干涉光谱成像系统，其特征在于，包括沿光路方向依次布置的：
用于接收目标物发出的光并对入射光进行准直的透镜组；
用于产生目标物的N个子图像的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括以阵列形式排布的N个微透镜，N为大于零的正整数；
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量，并形成每一分量的两束具有预设光程差的线偏振光的双折射分光系统；
用于将每一分量的两束线偏振光形成的干涉光汇聚到光电探测器的成像透镜；
所述光电探测器；
与所述光电探测器相连的、用于将所述光电探测器获取的N个由平行分量形成的干涉图像以及N个由垂直分量形成的干涉图像进行处理得到带有偏振信息的光谱图的数据处理器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双折射分光系统包括：
用于将每一子图像光分成振动方向正交的平行分量和垂直分量的双折射偏光镜；
用于将每一子图像光的每一分量分成振动方向正交的两束线偏振光的双折射棱镜对；
用于将每一线偏振光的偏振方向转化的线偏振元件。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述双折射偏光镜包括相互贴合的具有第一光轴方向的第一偏光板和具有第二光轴方向的第二偏光板，第一光轴方向在xy平面的投影与第二光轴方向在xy平面的投影的夹角为90度；
所述双折射棱镜对的光轴与x轴的夹角分别为0度和90度；
所述线偏振元件的偏振方向与所述双折射偏光镜的任意一个光轴方向平行；
沿入射光传播的方向为z轴方向，垂直于z轴方向的竖直方向为y轴方向，垂直于z轴方向的水平方向为x轴方向，x轴、y轴、z轴三者符合右手螺旋定则。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光电探测器的光感应面位于所述成像透镜的焦平面上。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述透镜组为望远透镜组。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电探测器包括CCD探测器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据处理器为计算机。
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| CN109579995B (zh) * | 2018-11-05 | 2020-04-28 | 西安交通大学 | 一种增强静态双折射干涉光谱分辨率的方法及其装置 |
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