[发明专利]一种同时全偏振成像装置以及方法

权利要求书

1.一种同时全偏振成像装置，其特征在于，其包括前置光学系统(100)、消偏振分光棱镜(200)、线偏振通道(300)、圆偏振通道(400)和数据处理系统(500)，其中，

前置光学系统(100)、消偏振分光棱镜(200)沿入射光方向依次放置，

前置光学系统(100)包括第一透镜(101)和第二透镜(102)，并且第一透镜(101)的后焦点和第二透镜(102)的前焦点重合，

消偏振分光棱镜(200)用于将前置光学系统(100)的出射光分为第一光束和第二光束，第一光束与第二光束相互垂直，第一光束位于前置光学系统(100)的光轴方向上，并且线偏振通道(300)整体位于前置光学系统(100)的光轴方向上，

所述线偏振通道(300)包括第一聚焦透镜(301)、1/2波片(302)、微偏振片阵列(303)和第一成像探测器(304)，1/2波片(302)紧贴微偏振片阵列(303)放置，微偏振片阵列(303)紧贴第一成像探测器(304)的感光面放置，所述微偏振片阵列(303)中包括多个微偏振单元，每2×2个微偏振片组成一个微偏振单元，在一个微偏振单元中，四个微偏振片的透光轴与X轴的夹角分别为0°、45°、135°和90°，顺着Z轴正向观察，0°微偏振片位于左上角，45°微偏振片与0°微偏振片相邻且位于同一行，90°微偏振片与0°微偏振片相邻且位于同一列，135°微偏振片位于右下角，其中，XYZ坐标系为XYZ右手坐标系，其Z轴与成像装置光轴重合，且Z轴正向由前置光学系统指向第一成像探测器，X轴垂直于纸面向内，Y轴垂直于XZ平面，

所述圆偏振通道(400)包括第二聚焦透镜(401)、1/4波片(402)、线偏振片(403)和第二成像探测器(404)，1/4波片(402)紧贴线偏振片(403)放置，线偏振片(403)紧贴第二成像探测器(404)的感光面放置，

第一成像探测器(304)和第二成像探测器(404)的感光面垂直于成像装置光轴并分别置于消偏振分光棱镜(200)分出的光束的两个像面位置，

线偏振通道中的第一成像探测器(304)和圆偏振通道中的第二成像探测器(404)具有相同的像元数目，

第一成像探测器(304)和第二成像探测器(404)所输出的图像进入数据处理系统(500)，经数据处理系统(500)处理后可得到四个斯托克斯分量图像，实现全偏振成像，具体如下：

数据处理系统(500)接收第一成像探测器(304)输出的数字图像，然后提取不同位置微偏振单元内相同角度微偏振片对应的像素以组成四幅低分辨率图像，这四幅低分辨率图像经插值后得到四幅与第二成像探测器(404)像元数目相同的偏振角度图像I₀、I₄₅、I₉₀和I₁₃₅，

数据处理系统(500)同时接收第二成像探测器(404)输出的数字图像，得到圆偏振分量图像I_c，

最后，按下式计算可得到全部斯托克斯分量：

其中，I、Q、U和V为四个斯托克斯分量。

2.如权利要求1所述的一种同时全偏振成像装置，其特征在于，所述线偏振通道(300)中，1/2波片(302)的快轴与X轴的夹角为0°。

3.如权利要求2所述的一种同时全偏振成像装置，其特征在于，所述线偏振通道(300)中，微偏振片阵列(303)中的每一个微偏振片在空间上与第一成像探测器(304)的像元一一对应。

4.如权利要求1所述的一种同时全偏振成像装置，其特征在于，所述圆偏振通道(400)中，线偏振片(403)的透光轴方向与X轴重合，1/4波片(402)的快轴与X轴的夹角为135°。

5.如权利要求4所述的一种同时全偏振成像装置，其特征在于，线偏振通道和圆偏振通道中的成像探测器可采用CCD或CMOS。

6.如权利要求5所述的一种同时全偏振成像装置，其特征在于，数据处理系统可使用计算机或嵌入式硬件实现。

7.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种同时全偏振成像装置的同时全偏振成像方法，其特征在于，其包括如下步骤：

首先，携带二维空间目标偏振信息的光波经过前置光学系统(100)后，被消偏振分光棱镜(200)分成能量相等但偏振特性不发生变化的透射光和反射光，

接着，透射光依次经过线偏振通道(300)中的第一聚焦透镜(301)、1/2波片(302)、微偏振片阵列(303)后被第一成像探测器(304)转换为数字图像，同时，反射光依次经过圆偏振通道(400)中的第二聚焦透镜(401)、1/4波片(402)、线偏振片(403)，然后被第二成像探测器(404)转换为数字图像，

然后，数据处理系统(500)接收第一成像探测器(304)输出的数字图像，然后提取不同位置微偏振单元内相同角度微偏振片对应的像素以组成四幅低分辨率图像，这四幅低分辨率图像经插值后得到四幅与第二成像探测器(404)像元数目相同的偏振角度图像I₀、I₄₅、I₉₀和I₁₃₅，

数据处理系统(500)同时接收第二成像探测器(404)输出的数字图像，得到圆偏振分量图像I_c，

最后，按下式计算可得到全部斯托克斯分量：

其中，I、Q、U和V为四个斯托克斯分量。