一種全斯托克斯參量的白光雙Sagnac偏振成像方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學遙感探測領域，涉及一種用于偏振輻射探測領域的偏振成像裝 置，特別涉及一種全斯托克斯參量的白光雙Sagnac偏振成像干涉儀及其成像方法。
【背景技術】
[0002] 物體反射的電磁波中含有重要偏振遙感信息，不僅能用于去除背景噪聲，提高對 比度的表面、形貌、陰影和粗糙度等信息，還可以用于反演目標的尺寸、濃度等物理化學特 性。偏振成像是一種同時獲取目標空間和偏振信息先進遙感探測技術，對提高目標探測、識 別及分類的效率和精準度具有一定潛力，在軍事偵察、地球資源普查、環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測、自然 災害預報、大氣探測、天文觀測、機器視覺放生、生物醫(yī)學診斷等諸多領域都將具有重要的 應用價值和前景。雖然偏振成像技術是一項新型的前言遙感探測技術，但其獨特的遙感探 測優(yōu)勢已經(jīng)引起國內(nèi)外重要機構的重視。國外研宄機構主要集中在美、日、歐等國家的重大 工程項目依托單位、軍方、大學等；國內(nèi)研宄機構目前主要有安徽光機所、西安光機所、西安 交通大學等，已報道的偏振輻射探測技術各具特色。
[0003] 偏振成像儀一般采用4f?成像結構，或是平面鏡成像結構（sagnac結構）。其按照 成像技術根據(jù)光源可以分為主動成像與被動成像技術，主動成像以穆勒偏振成像為代表， 其光源已知或是可控，利用探測器可以探測出目標的偏振態(tài)；被動成像一般以stokes偏振 成像為代表。按照數(shù)據(jù)處理方式可以分為數(shù)據(jù)簡化模式，傅里葉分析法，通道調(diào)制模式。數(shù) 據(jù)簡化模式是指獲取的偏振信息比所需的偏振態(tài)維度大，通過對所的到的偏振信息進行數(shù) 據(jù)處理獲得所需要的偏振態(tài)；而傅里葉分析法是通過旋轉(zhuǎn)波片獲得關于旋轉(zhuǎn)進步角的光強 的傅里葉級數(shù)表達式，最后經(jīng)過公式變換獲得斯托克斯參量；通道調(diào)制型是將不同偏振態(tài) 參數(shù)振幅調(diào)制到不同的頻率上，從而對數(shù)據(jù)進行處理獲得偏振態(tài)信息。按照時間又可以劃 分為時序性偏振成像儀，與非時序偏振成像儀。時序性主要是通過旋轉(zhuǎn)偏振片獲得不同的 偏振態(tài)，從而進行數(shù)據(jù)處理獲得所需要信息，其缺點是不能對動態(tài)目標成像；非時序又可以 劃分為分振幅型，分孔徑型分焦平面型與通道調(diào)制型，分振幅型一般需要多個探測器，數(shù)據(jù) 同步較困難，儀器體積比較大且比較復雜。分孔徑型是在一個探測器上產(chǎn)生多幅圖，分辨率 較低，制作困難；分焦平面型主要空間分辨率較低；通道調(diào)制型是在單幅圖像上獲得偏振 信息，這種類型的偏振成像儀可以在短時間獲得二維空間上所有斯托克斯偏振參量信息， 且制作簡單等優(yōu)點。本發(fā)明屬于通道調(diào)制型快照偏振成像儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種可以瞬時獲得白光條件下目標全Stokes參量的偏振 成像方法，其利用閃耀光柵的色散原理及sagnac光路結構得到與波長成正比的光束剪切 量，通過特殊分布的四束偏振光兩兩干涉，最終獲得由stokes參量振幅調(diào)制的干涉條紋圖 像，干涉條紋頻率與波長成反比，與剪切量成正比，從而消除波長的影響。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：
[0006] 這種全斯托克斯參量的白光雙Sagnac偏振成像方法：使二維空間目標發(fā)出的光 經(jīng)過處理形成中間像面，中間像面發(fā)出的光經(jīng)過準直，然后分束為反射光和透射光，其中透 射光直接進入一個色散sagnac偏振分束單元中，反射光先經(jīng)過一個消色散的半波片后在 進入另一個色散gnac偏振分束單元中；進入色散sagnac偏振分束單元的光通過線性分束 器，閃耀光柵，平面反射鏡，平面反射鏡，再透過閃耀光柵與線性分束器最后獲得兩束橫向 剪切與波長成正比且振動方向相互垂直的光；反射支路與透射支路之間通過兩組平面反射 鏡調(diào)節(jié)光路方向與光程，使得四束光匯聚于一點；四束光經(jīng)過分束鏡、再通過偏振片偏振方 向，再通過成像透鏡成像到角平面陣列，進行數(shù)據(jù)采集，以獲得白光條件下全部stokes參 量振幅調(diào)制的干涉圖像，最后通過對干涉圖像的傅里葉逆轉(zhuǎn)換、濾波及傅里葉轉(zhuǎn)換，從而獲 得各個偏振分量的二維空間圖。
[0007] 進一步，上述閃耀光柵為透射式二元光學元件的極限情況，衍射光柵理想鋸齒厚 度近似為中心波長與光柵材料與環(huán)境折射率差，且可以將獲得衍射效率極高的一級衍射 光。
[0008] 進一步，上述通過色散sagnac偏振分束單元的光具有橫向剪切作用，剪切量與波 長成正比。
[0009] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0010] 1、本發(fā)明可以對復色光條件下的空間目標獲得偏振信息，同時保留了目標的空間 信息與顏色信息；
[0011] 2、只需對二維空間目標的一幀圖像，即可以獲得其偏振等信息，時間分辨率高，避 免環(huán)境變化帶來的影響，工作效率高。
[0012] 3、數(shù)據(jù)處理簡單快速，可實時對目標進行檢測。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實現(xiàn)本發(fā)明發(fā)明的全斯托克斯參量的白光雙Sagnac偏振成像干涉裝置；
[0014] 圖2為單個sagnac結構分光單元；
[0015] 圖3為通過分光鏡后的四束光分布；
[0016]圖4為干涉圖像傅里葉變換后得到頻譜分布圖。
[0017] 其中：100、前置光學鏡組，200、白光全偏振調(diào)制模塊，300、光路方向調(diào)制鏡組， 400、偏振鏡，500、成像透鏡，600、面陣探測器，700、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，110、物鏡，120、視場 光闌，130、準直透鏡；210、分光鏡，220、半波片，230、第一單個復色光偏振干涉單元，240、第 二單個復色光偏振干涉單元，231、線柵分束鏡，232、閃耀光柵，233、平面反射鏡，230U2302 分別為通過單sagnca分束單元230獲得的的偏振光，204、2402分別為通過第二單個復色光 偏振干涉單元240獲得的偏振光；310、320、330、340、光路方向調(diào)制鏡組中的四個平面反射 鏡，350、分光鏡；400為偏振鏡；500為成像透鏡；600、焦平面陣列。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參 照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā) 明范圍。
[0019] 本發(fā)明的這種全斯托克斯參量的白光雙Sagnac偏振成像方法為：使二維空間目 標發(fā)出的光經(jīng)過處理形成中間像面，中間像面發(fā)出的光經(jīng)過準直，然后分束為反射光和透 射光，其中透射光直接進入一個色散sagnac偏振分束單元中，反射光先經(jīng)過一個消色散的 半波片后在進入另一個色散sagnac偏振分束單元中；進入色散sagnac偏振分束單元的光 通過線性分束器231，閃耀光柵232,平面反射鏡233-1，平面反射鏡233-2,再透過閃耀光 柵232與線性分束器231最后獲得兩束橫向剪切與波長成正比且振動方向相互垂直的光； 反射支路與透射支路之間通過兩組平面反射鏡調(diào)節(jié)光路方向與光程，使得四束光匯聚于一 點，四束光經(jīng)過分束鏡、再通過偏振片偏振方向，再通過成像透鏡成像到角平面陣列，進行 數(shù)據(jù)采集，以獲得白光條件下全部stokes參量振幅調(diào)制的干涉圖像，最后通過對干