[发明专利]一种基于AOTF和强度调制高速高光谱全偏振成像装置及方法

说明书

本发明涉及光谱偏振成像技术领域，更具体而言，涉及一种基于AOTF和强度调制的高速高光谱全偏振成像方法及装置，该装置通过在AOTF前加两个相位延迟器对被测光谱进行偏振强度调制，对AOTF获得偏振强度调制后的光谱进行傅里叶反变换，得到自相关函数，使Stokes参量各元素调制在不同频段上，截取对应频段信号进行解调获得Stokes参量各元素光谱，结合AOTF光谱成像实现高速高光谱全偏振成像测量。该方法偏振解调过程为纯数学计算过程，在测量中偏振调制无需额外花费时间，整个光谱全偏振成像时间与普通AOTF光谱成像时间相当，提高了系统的时间分辨率。

技术领域

本发明涉及光谱偏振成像技术领域，更具体而言，涉及一种基于AOTF和强度调制的高速高光谱全偏振成像方法及装置。

背景技术

光谱偏振成像技术是目前国际上先进的光学多维探测技术之一，该技术是一种集二维空间图像、一维光谱和一维偏振于一体的四维信号获取技术，光谱偏振成像技术可提供被测目标在空间图像、光强、光谱和偏振四个特征，大大提高被测目标的信息量。因此，在对物质进行分类、分析和识别方面有显著的优势，在大气遥感、太空探测、化学分析、生物医学诊断、国防等领域都得到了广泛的应用。光的偏振特性主要用Stokes参量(I,Q,U,V)^T表示，因此，对Stokes参量测量具有非常重要的意义。

由于声光可调谐滤光器(Acousto-optic Tunable Filter,AOTF)为纯电控调制器件，具有体积小、无运动部件、调谐速度快、扫描范围宽、衍射效率高、易于系统集成、环境适应性好等优点，被成像光谱偏振技术广泛应用，其中目前主要是结合液晶可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarde，LCVR)偏振调制方法，实现成像光谱偏振探测。但由于LCVR的光谱范围窄、温漂严重，导致该方法稳定性下降、环境适应性差，进而偏振测量精度下降，且由于各波长下需对LCVR相位延迟进行调节，导致光谱偏振成像测量时间较长，系统时间分辨率低。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种基于AOTF和强度调制高速高光谱全偏振成像装置及方法，解决现有技术中时间分辨率低、稳定性差、温漂严重等问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于AOTF和强度调制高速高光谱全偏振成像装置，该装置包括前置无焦光学系统，第一相位延迟器、第二相位延迟器、第一偏振器、声光可调谐滤光器、第二偏振器、成像透镜和高速CCD相机，入射光依次通过前置无焦光学系统，第一相位延迟器、第二相位延迟器、第一偏振器、声光可调谐滤光器、第二偏振器和成像透镜，最终被高速CCD相机探测。

所述前置无焦光学系统包括第一透镜、第二透镜和第三透镜。

所述前置无焦光学系统采用无焦系统，实现不同目标以不同角度入射第一相位延迟器、第二相位延迟器和声光可调谐滤光器，并成像在CCD相机不同的象元上，这有利于根据象元位置确定入射第一相位延迟器和第二相位延迟器的角度，进而精确获得该角度下的第一相位延迟器和第二相位延迟器相位延迟，提高偏振测量精度。

所述前置无焦光学系统将视场角压缩到声光可调谐滤光器允许的视场角±3°内。

所述第一相位延迟器、第二相位延迟器第一偏振器和第二偏振器与参考方向夹角分别为0°、45°、0°和-45°，第一偏振器与第二偏振器的偏振方向完全正交，消除声光可调谐滤光器的0级和-1级光对光谱成像的影响，第一偏振器是强度调制所必须的元件。

所述声光可调谐滤光器包括声光晶体和压电换能器。

根据CCD相机成像象元位置确定入射声光可调谐滤光器的角度，进而修正不同入射角声光可调谐滤光器衍射中心波长不同所导致的光谱测量精度低的问题。