[发明专利]一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置。

背景技术

光谱成像仪能够同时获取目标的二维空间图像和一维光谱信息，既能直观反映被测目标的几何形貌，又能提供目标的理化属性，是一种图谱结合的探测手段。同时，不可忽视的是，偏振特性是光所具有的一种特殊性质，自然界中的任何物体在散射、反射光的过程中都会产生偏振现象，并且这种偏振特征能够反映目标本身的特征，因此偏振成像探测技术与强度成像、光谱成像、红外辐射成像等技术相比，具有独特的优势：除了获取传统成像信息外，还能够额外获取偏振多维信息。

偏振光谱成像技术将光学强度成像、光谱成像和偏振技术有机结合起来，可同时获取目标物体二维空间位置信息、目标物体属性的光谱信息以及测量目标的偏振态。目标物辐射或反射光的偏振特性与物体的内部结构或表面特征相关，相比传统强度成像，偏振光谱成像增加了多个偏振维度(偏振度、偏振方向、偏振椭率等)以及一个光谱维度，大大提高了信息量，利用目标辐射、透射、反射或散射光的光谱特性和偏振特性，可以分析目标的物理和化学特性，结合空间特性，可对目标进行有效的观测和识别。可在复杂环境中有效检测和识别常规手段无法识别的目标，如人造物目标或水下目标，特别是隐藏或伪装的目标，传统相机或摄像机无法对其进行有效成像。因此，偏振光谱成像技术具有巨大的发展潜力，是国内外关注的研究和应用开发热点之一。

目前常见的偏振光谱成像技术基本分为时序型、空间型和干涉型；其中空间型的偏振光谱成像装置以其可实现同时成像，即一次成像获取目标多幅偏振图像，而获得实用化的成像光谱仪器，是目前研究最多的偏振光谱成像仪；主要包含多个子系统共同成像方式、分振幅、分焦面、分孔径以及偏振光栅光谱成像五种基本的结构形式。

其中，多个子系统共同成像方式：利用分束器件或采用多个子系统，获取目标不同偏振状态下的强度图像阵列，通过计算得到目标Stokes分量图。如图1为多个子系统共同成像方式中的透镜阵列系统方案示意图。

分孔径偏振成像系统通常采用的分孔径分光系统一般采用离轴或偏心系统，为设计和装调带来一定的困难。与其它空域偏振成像系统一样，它同样存在像面上像点之间配准误差会引入偏振测量误差的问题。

典型的分振幅偏振成像系统的结构示意图如图2所示。从目标发射的光经分束镜分成两束：其中一束先经过快轴方向与x轴成45°的四分之一波片后，再经过偏振分束镜、成像透镜后在像面上得到两个偏振分量的强度图；另一束光经过快轴方向与x轴成11.25°的二分之一波片，再经过偏振分束镜、成像透镜后在像面上得到另外两个偏振分量的强度图。然而，由于需要分成多个子光学系统，采用多个CCD记录多幅偏振强度图像，故一般整个系统体积较大；且当各通道采用的光学系统存在成像特性及像质差异及各CCD探测器参数不同，都会引入额外的偏振测量误差。

以上这些传统的偏振光谱成像装置系统过于复杂，误差源较多，难于加工和装调，其高分辨率和高光谱分辨率精度受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置，其加工装调简单、稳定性高、能量利用率高、成像质量好、分辨率高、结构紧凑、体积小，生产成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种推扫式完全偏振高光谱一体化成像装置，该装置包括：

依次设置于同一光路上的前置镜系统、线性偏振片、狭缝阵列、分光器件、成像镜与探测器；

其中，入射光射入前置镜系统的一次像面上，通过的平行光经过线性偏振片获得在不同像面区域的光强偏振信息，再进一步经过狭缝阵列，不同狭缝所通过的平行光传输到分光器件上，最终射入成像镜从而实现探测器的成像。

进一步的，所述线性偏振片包括：

耦合设置的N个快轴方向不同的四分之一波片，以及N个不同偏振角的线偏振元件阵列滤光片。