[发明专利]一种双滤波能量反馈型高光谱成像偏振探测装置

说明书

本发明属于高光谱成像偏振探测技术领域，具体涉及一种双滤波能量反馈型高光谱成像偏振探测装置，目的在于对被测目标进行高光谱偏振成像，使其既拥有高的光谱分辨率，也具有偏振探测能力。该高光谱成像偏振探测装置由第一液晶相位可变延迟器和第二液晶相位可变延迟器组成偏振控制单元，第一声光可调谐滤波器和第二声光可调谐滤波器组成高光谱控制单元；入射光被偏振棱镜调制为线偏振光后，经过两个液晶相位可变延迟器进行相位延迟，再被两个声光可调谐滤波器进行二次滤波，最后窄带衍射光被成像探测器接收。

技术领域

本发明属于高光谱成像偏振探测技术领域，具体涉及一种双滤波能量反馈型高光谱成像偏振探测装置。

背景技术

成像偏振光谱技术是获取信息的一种非常重要的手段，该技术不仅能够很好地分辨目标上的低反射区域和轮廓，而且还能够在复杂的背景环境下识别出出被测目标的三维信息，这在工、农业中具有非常高的应用价值。

偏振探测在传统探测的光强、光谱和空间三维数据基础之上进一步拓展，增加了偏振度、偏振方位角、偏振椭圆率和旋转方向四个维度。由自身性质决定物体的偏振光谱特性，相对于人造物体，大自然目标的表面整体较为粗糙，没有明显的轮廓规则，所以自然目标的辐射光或者反射光呈现漫反射现象，以至于线偏振度很小几乎为零，如森林、沙漠等物体。成像偏振探测技术利用人造目标和自然目标这种物理差异性可以将人造目标从自然目标中区别出来。在遥感过程中获取被测目标的偏振特性随着波长的变化规律，就可以得到目标的表面理化特性，通常将这种依赖关系称之为目标的偏振光谱特征。目标的偏振特性决定了偏振成像探测具有强度成像无法比拟的独特优势：(1)基于人造目标与自然背景偏振差异明显的特性，偏振成像在从复杂背景中凸显人造目标方面具有独特优势；(2)基于偏振独立于强度和光谱的光学信息维度的特性，偏振成像具有在隐藏、伪装、隐身、暗弱目标发现方面提供了一种可能性的解决途径；(3)基于偏振信息具有在散射介质中保持能力比强度散射更强的特点，偏振成像具有可增加雾霾、烟尘中的作用距离的优势。

高光谱成像技术在获得被测场景中目标的窄带宽光谱连续曲线的同时还可以获取到高分辨成像，在实际应用可以提供更直观更丰富的被测目标信息，不仅可以提供被识别目标丰富的空间结构信息以及众多的光谱信息，还可以提供被识别目标的表面二维数据和被测空间中任何区域相对应的像素的第三维光谱数据。单位波长范围内的光谱谱段越多，也就是能分辨的最小波长间隔越小，光谱带宽就越窄，相应的光谱分辨率也就越高，进而得到的光谱曲线也就连续而且更平滑，刻画出来被识别目标的特性越接近真实。

高光谱成像偏振探测系统是将高光谱成像技术和偏振探测技术完美地结合在一起。高光谱偏振成像探测能够提供目标的光强图像无法显示的表面粗糙度、纹理走向、表面电导率、材料理化特性、含水量等特征，对物体轮廓和表面取向识别具有明显的优越性。光谱成像技术不仅具有图像分辨能力，还有光谱分辨能力，利用物体表面成分的光谱差异，对目标进行识别和分类，在目标探测中具有深远的意义。

最常用的偏振成像探测装置是基于机械旋转的偏振片，该类型的偏振成像系统具有较大的视场角,需要通过机械旋转装置来实现其偏振器件对入射光的偏振态进行调制,并且对相机和旋转器件的同步性要求较高,但只能对线偏振光进行探测,而且对入射光偏振态的调制精度和帧频速度都较低,系统的可靠性不高,体积也较大。随后，国内外的一些研究者基于液晶可调滤光器(LCTF)进行了相关的成像光谱偏振探测实验研究，通过旋转LCTF对入射光的偏振态进行检测，但是其响应时间较长，而且没有相位延迟装置，也就无法对目标的圆偏振分量进行探测，所以其应用受到了非常大的限制。根据以上分析，对于滤光片型偏振探测设备需要旋转滤光片,而且能够提供的光谱通道数十分有限；而偏振片型探测设备需要机械式旋转偏振片,且只能得到斯托克斯参量的前三个分量；基于LCTF的新型偏振探测设备可以同时获得较高分辨率的偏振光谱,但是对仪器之间的同步性要求较高。

发明内容