[发明专利]一种红外光谱偏振成像系统及其参数优化配置方法

说明书

本发明公开了一种红外光谱偏振成像系统，包括同轴设置的望远镜头和红外焦平面探测器，还包括依次设置在望远镜头与红外焦平面探测器之间的分光系统和四组独立的传输光路组件，望远镜头和分光系统将目标辐射/反射光束分成四束独立平行光束，传输光路组件包括沿光轴方向依次设置的偏振调制系统、可调谐滤光器和聚光系统，每束独立平行光束经过独立的传输光路组件后在红外焦平面探测器靶面上成四幅单光谱独立偏振图像；本发明还公开了一种红外光谱偏振成像系统的参数优化配置方法；本发明提出的红外光谱偏振成像系统结构简单、实时稳定，其参数优化配置方法过程明确，最优参数选定标准灵活多变，可满足不同领域红外光谱成像与偏振成像的应用需求。

技术领域

本发明属于红外光谱成像技术领域，具体涉及一种红外光谱偏振成像系统及其偏振参数优化配置方法。

背景技术

红外光谱偏振成像技术是结合光谱成像技术与偏振成像技术的特点发展而来，通常在传统光谱成像系统的基础上引入偏振系统，将目标测量信息量从三维(光谱、光强和空间)扩展到了七维(光谱、光强、空间、偏振度、偏振角、偏振椭率和旋转方向)，具有强度信息所无法比拟的优势，为全面、深入地研究目标的光谱偏振特性提供有效的途径。通过对目标光谱偏振特性的分析，可准确、有效地获取目标的化学成分、性状等信息，被广泛应用于侦察、地物遥感、医学诊断、环境监测等各领域。

红外光谱偏振成像技术最早应用于地物遥感领域，极大提高了遥感数据的信息量。目前美国、欧洲、日本等发达国家的大学及各研究机构在该技术领域开展了大量的研究工作，并取得了丰富成果；国内针对光谱偏振成像技术研究起步较晚，多集中于各大高校和中科院相关光机所，成果集中在原理探索与应用研究阶段。总体来说，根据光谱分光原理的不同，红外光谱偏振成像技术中较成熟的方案有两类：一，基于旋转滤光片或可调谐滤光器结构的光谱偏振成像系统；二，基于空间/时间干涉结构的光谱偏振成像系统。其中，基于旋转滤光片或可调谐滤光器结构的偏振成像系统，结构紧凑、简单，但光谱分辨率较低，同时可调谐滤光器容易受温度影响。而基于空间/时间干涉结构的光谱偏振成像系统，采用傅里叶变换的方法得到目标的光谱信息，光谱分辨率高，但系统结构复杂、实时性低，无法满足安全领域目标探测与识别中实时测量要求，同时对于飞行目标而言，其特征波段往往集中少数峰值，光谱分辨率高的优势在飞行目标探测与识别应用中意义不大。另一方面，上述两类典型的红外光谱偏振成像系统虽光谱分光原理不同，但通常均采用旋转偏振片结构的偏振调制结构，在测量中仅能获得目标的线偏振信息而无法获得完整的偏振信息，同时，由于一次完成偏振信息测量需要至少改变偏振片4组方位，无法满足实际使用中实时测量的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于根据现有技术的不足，设计一种红外光谱偏振成像系统，该系统在单一波段下单次测量即获得目标全偏振信息，同时为保证宽波段内偏振测量精度，提出了相应红外光谱偏振成像系统参数优化配置方法，本发明满足了红外光谱偏振测量实时性及宽波段内偏振测量精度的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种红外光谱偏振成像系统，包括同轴设置的望远镜头和红外焦平面探测器，所述的望远镜头和红外焦平面探测器之间设置有分光系统和四组独立的传输光路组件；所述的望远镜头是使经过望远镜头的目标辐射/反射光线平行进入分光系统的无焦放大系统，望远镜头和分光系统将目标辐射/反射光束分成四束独立的平行光束；所述的传输光路组件由沿平行光束的光轴方向依次设置的偏振调制系统、可调谐滤光器和聚光系统组成，所述的偏振调制系统由固定方位角的宽光谱消色差波片和偏振片组成，光束经过偏振调制系统后被调制成特定偏振态的偏振光，所述的可调谐滤光器使宽光谱光束平行进入后，出射平行单色光束；所述的聚光系统由仅用于改变光束传播方向的传光组件、成像镜头和聚光镜组成，所述的传光组件包括设置在可调谐滤光器两侧的第一传光平面反射镜和第二传光平面反射镜；所述的红外焦平面探测器使经过每一组传输光路组件的独立平行光束在其靶面上获得独立的偏振图像。

所述的一种红外光谱偏振成像系统，其分光系统采用一块四面角锥棱镜或四组分光平面反射镜。