[发明专利]一种同时全偏振成像装置以及方法

说明书

本发明公开了一种同时全偏振成像装置以及方法，属于光学成像仪器技术领域，其包括前置光学系统、消偏振分光棱镜、线偏振通道、圆偏振通道和数据处理系统，其中，前置光学系统、消偏振分光棱镜沿入射光方向依次放置，消偏振分光棱镜用于将前置光学系统的出射光分为相互垂直的第一、第二光束，第一光束位于前置光学系统的光轴方向上，并且线偏振通道整体位于前置光学系统的光轴方向上，线偏振通道中的成像探测器和圆偏振通道的成像探测器所输出的图像进入数据处理系统，经数据处理系统处理后可得到四个斯托克斯分量图像，实现全偏振成像。本发明装置具有结构简单、体积小、成本低、成像质量高的优点。

技术领域

本发明属于光学成像仪器技术领域，更具体地，涉及一种同时全偏振成像装置以及方法。

背景技术

偏振是光波除了波长、振幅、相位以外的又一重要属性。偏振成像技术能够为目标探测和识别提供更多维度的信息，因而具有十分广泛的应用前景。光波的偏振态通常采用斯托克斯矢量来表征。大气成像中往往只使用斯托克斯矢量中的前三个分量，但对于某些应用领域(例如水下成像)而言，分量(圆偏振分量)是不可忽略的(Qiangqiang Tao,Yongxuan Sun,Fei Shen,et al.Active imaging with the aids of polarizationretrieve in turbid media system[J].Optics Communications,2016,359:405-4120)。能够获得斯托克斯矢量中全部四个分量的偏振成像技术称为全偏振成像。

现有的全偏振成像方法可分为两大类：一类称为分时型(或序列型)；另一类称为同时型(或快照型)。分时型将旋转偏振片、或电控液晶及旋转波片放置在探测器之前，通过顺序采集多个角度下的偏振分量图像来解算出入射光波的四个斯托克斯分量(张玉梅.全Stokes偏振成像技术的研究[D].南京:南京理工大学,2015。黄雁飞,武文远,胡澄,等.一种紧凑型多波段全偏振成像的自动化装置:中国,201420845336.6[P].2015-06-03)。这类方法简单易行，但是时间分辨率受限，难以对运动目标或变化的场景成像。

同时型无旋转或调谐元件，实时性好，又可分为单光路及多光路方法。单光路方法采用多个双折射棱镜、半波片和线偏振片组成全偏振调制模块进行通道调制(魏廷魁.紧凑微型快照式通道调制全偏振成像探测装置及探测方法:中国,201710572125.5[P].2017-11-17)。该方法由于偏振光学元件较多，光波能量损失较大。多光路方法包括：①四个分立的偏振相机(一个圆偏振相机和三个线偏振相机)独立成像的方式(沈洁，洛常见，王慧斌，等。一种水下全偏振信息采集处理装置和方法：中国，201310362291.4[P].2013-12-11)，其存在系统体积大、成本高，对有限远目标成像时视场不重合的问题；②将光学系统的孔径分为多个、每个孔径分别探测目标偏振信息的分孔径方式(任立勇，屈恩世，梁健，等。一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像系统及方法：中国，201510777564.0[P].2016-02-24。魏廷魁，张淳民，李祺伟，等。快照式全偏振成像探测装置:中国,201310700619.9[P].2014-04-02。)，该方式存在分光元件较多，能量利用率低、系统装配调校难度高的问题；③在探测器前放置微偏振光学元件的分焦面方式(李建欣，孟鑫，刘德芳，等。一种实现全偏振成像的微偏振调制阵列:中国,201210585559.6[P].2013-04-24。赵永强,李杰.一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用：中国,201410453014.9[P].2014-12-17。胡敬佩，王钦华，赵效楠，等。全介质像素式全斯托克斯成像偏振器件：中国，201620966488.8[P].2017-05-10。)，但目前实用的该类装置只能获得线偏振分量。

总之，现有技术中的同时全偏振成像装置都存在不同方面的缺陷，因此，需要开发一种结构简单、体积小、成本低、成像质量高的同时全偏振成像装置。

发明内容