[发明专利]同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学目标探测方法，特别是一种同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置及方法。

背景技术

在目标探测过程中，由物体的光谱和偏振信息可以反演出目标的表面状态及物理、化学性质，甚至能有效地消除背景噪声，增强物体的可见性。由于目标的光谱和偏振辐射特性都具有明显反映目标特征的优势，因此融合光谱和偏振信息的成像探测技术能有效利用两者的互补性，显著提高目标在复杂背景环境中被有效识别的能力。由此发展起来的成像光谱偏振技术(Imaging Spectropolarimeter，ISP)，集合了照相机、光谱仪和偏振仪的功能，为目标探测与识别提供更加丰富的信息源，在军事侦察、灾害估计、资源调查等领域将发挥重要作用。

ISP技术主要是在现有成像光谱技术基础上，利用自身器件已有的偏振选择特性或通过加入偏振组件引入偏振信息探测。按照ISP技术中光谱探测原理的不同，可以分为基于液晶调制滤光片(LCTF)的ISP技术、基于声光调制滤光片(AOTF)的ISP技术、基于层析成像光谱技术(CTIS)的ISP技术、基于光栅成像光谱技术(GIS)的ISP技术、基于色散型成像光谱技术(DTSP)和基于干涉成像光谱技术(FTIS)的成像光谱偏振技术等。其中，基于LCTF与AOTF的ISP技术利用波长调谐装置本身具有线偏振态选择特性进行光谱偏振信息探测。AOTF与LCTF技术均具有原理简单、信息处理量小等优点，因此早期的ISP技术多是基于这两类的。由于AOTF与LCTF技术本身存在光通量低的缺点，因此获取的信息信噪比低，需要使用高灵敏度的探测器件，加大了器件成本和复杂度。

ISP技术在过去十几年间得到了快速发展，1999年Oka和Kato首次提出了多通道光谱偏振技术，实现了不同波数偏振信息的同时探测，提高了探测设备的稳固性。随后2004年美国重飞行器公司通过在色散型成像光谱装置准直光路前引入Oka相位延迟组件，对色散图像进行傅里叶变换，提取各个Stokes分量所对应的频谱，然后再进行逆傅里叶变换，即可得到全偏振光谱信息；安徽光机所的宋志平等人研究的基于GIS的IPS技术与其有异曲同工之妙。这两种方法都可以获得目标全Stokes偏振信息，但是都要经过两次傅里叶变换，处理过程较为复杂。2006年美国亚利桑那大学在层析成像光谱技术基础上引入Oka相位延迟组件，单次探测便可得到全部偏振信息和光谱信息，具有实时探测能力，但是数据处理过程复杂，且光谱分辨率较低。随后2010年亚利桑那大学的Kudenov和Julia等人将这一技术应用到像面干涉成像光谱技术中，具有高光通量，高目标分辨率的优点。但是探测窄带目标光谱时，采用多通道干涉成像光谱技术，各偏振态对应的干涉信息之间可能出现较为严重的混叠，会影响复原光谱精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够同时获取四组不重叠的偏振态信息、可以获取高分辨率的窄带或者宽带光谱信息及全Stokes偏振信息的同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为，一种同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置，包括在同一光轴顺次放置的前置偏振成像系统1、像面干涉成像光谱仪2和信号处理系统3；其中前置偏振成像系统1包括沿光路方向依次设置的偏振元件阵列11、成像物镜12和微透镜阵列13，并且微透镜阵列13置于成像物镜12的像面处；像面干涉成像光谱仪2包括沿光路方向依次设置的准直物镜21、横向剪切分束器22、成像物镜23、探测器24；信号处理系统3与探测器24相连。

本发明同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置，所述的偏振元件阵列11包括沿光路方向依次放置的相位延迟片阵列111和线偏振片阵列112，相位延迟片阵列111由四个共平面的相位延迟片组成，且相位延迟片的快轴方向从左上开始沿顺时针与参考方向夹角依次为0°、45°、90°、0°；线偏振片阵列112由四个共平面的线偏振片组成，线偏振片的通光轴方向从左上开始沿顺时针与参考方向夹角依次为0°、45°、90°、45°。

本发明基于同步偏振调制干涉成像光谱偏振探测装置的探测方法，包括以下步骤：

第一步，来自目标各点的入射光进入前置偏振成像系统1，首先通过前置偏振成像系统1中的偏振元件阵列11，形成携带四组不同偏振态信息的光束并穿过成像物镜12，在成像物镜12像面处的微透镜阵列13上成像，形成四个携带不同偏振信息的像点将携带四组不同偏振态信息的光束在微透镜阵列13后焦面的空间上分开；