[发明专利]一种离轴三反全谱段偏振光谱成像探测装置

权利要求书

1.一种离轴三反全谱段偏振光谱成像探测装置，其特征在于，该成像探测装置包括：离轴三反光学系统(1)、多谱段分光片(2)、长波偏振光谱成像探测系统(3)、中波偏振光谱成像探测系统(4)、近红外偏振光谱成像探测系统(5)、可见光偏振光谱成像探测系统(6)和图像融合处理系统(7)；

目标与背景多谱段光信息经过离轴三反光学系统(1)进行接收；经过多谱段分光片(2)实现长波、中波、近红外、可见光多谱段光信息分离；长波偏振光谱成像探测系统(3)、中波偏振光谱成像探测系统(4)、近红外偏振光谱成像探测系统(5)、可见光偏振光谱成像探测系统(6)，分别实现长波、中波、近红外、可见光偏振光谱成像；

为了能同时接收目标多谱段偏振探测信息，采用离轴三反望远系统接收目标光信息，使望远系统的出瞳与偏振成像单元的入瞳衔接；通过不断对系统结构参数进行优化，同时与离轴望远单元拼接，整体优化和修改，最终设计出高质量的多谱段偏振光学成像系统；

长波偏振光谱成像探测系统(3)与多谱段分光片(2)相连接；长波偏振光谱成像探测系统(3)由长波二次成像透镜(31)、长波光栅光谱分光片(32)、长波微偏振片阵列(33)、长波红外探测器(34)组成，同轴依次排列，实现长波偏振光谱信息接收；

中波偏振光谱成像探测系统(4)与多谱段分光片(2)相连接；中波偏振光谱成像探测系统(4)由中波二次成像透镜(41)、中波光栅光谱分光片(42)、中波微偏振片阵列(43)、中波红外探测器(44)组成，同轴依次排列，实现中波偏振光谱信息接收；

近红外偏振光谱成像探测系统(5)与多谱段分光片(2)相连接；近红外偏振光谱成像探测系统(5)由近红外二次成像透镜(51)、近红外光栅光谱分光片(52)、近红外微偏振片阵列(53)、近红外红外探测器(54)组成，同轴依次排列，实现近红外偏振光谱信息接收；

可见光偏振光谱成像探测系统(6)与多谱段分光片(2)相连接；可见光偏振光谱成像探测系统(6)由可见光二次成像透镜(61)、可见光光栅光谱分光片(62)、可见光微偏振片阵列(63)、可见光红外探测器(64)组成，同轴依次排列，实现可见光偏振光谱信息接收；

图像融合处理系统(7)与中波偏振光谱成像探测系统(4)和近红外偏振光谱成像探测系统(5)同时连接；图像融合处理系统(7)由计算机系统(71)、处理算法(72)组成，实现多谱段偏振、光强、强度图像信息融合与增强处理，并显示出来；

处理算法(72)使用多参量图像融合算法，多参量融合图像算法主要分为4个部分：图像配准(721)、图像预处理(722)、图像融合(723)、图像输出(724)，图像配准(721)采用自适应FAST特征点检测，EOH特征描述与特征点匹配实现；图像预处理(722)利用小波变换对光谱信息和偏振信息进行多层小波分解，得到对应的低通分量和高通分量；图像融合(723)采用不同的融合算法进行融合，得到最终的低频融合分量和高频融合分量，最后利用小波变换将低频和高频融合系数进行重构得到最终融合图像；图像输出(724)实现多参量融合图像的显示；

处理算法(72)使用的强度、偏振、光谱解译公式，采用Stokes矢量来描述光的偏振态，Stokes矢量由4个参数写成下列矩阵形式：

其中，“”符号表示对时间的平均，其中S₀表示X方向和Y方向上的强度和，S₁为X方向与Y方向的强度差，S₂为+45°和-45°方向上的强度差，S₃用来表示是左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的分量之差；

偏振度DOP作为整个强度中完偏振光谱多参量探测光的比例，偏振角AOP表示辐射两分量之间的相位差，分别用以下式表示：

偏振度：

偏振度：

2.根据权利要求1所述的离轴三反全谱段偏振光谱成像探测装置，其特征在于，离轴三反光学系统(1)由离轴三反主镜(11)、离轴三反次镜(12)、离轴三反三镜(13)组成，按照离轴三反位置放置，实现目标与背景多谱段偏振光谱光信息接收。

3.根据权利要求1所述的离轴三反全谱段偏振光谱成像探测装置，其特征在于，多谱段分光片(2)由中长波-可见光近红外分光片(21)、中长波光学透镜组(22)、中波长波分光片(23)、可见光近红外光学透镜组(24)、可见光-近红外分光片(25)组成，中长波光学透镜组(22)、中波长波分光片(23)同轴排列，放置在中长波-可见光近红外分光片(21)的透射方向；可见光近红外光学透镜组(24)、可见光-近红外分光片(25)同轴排列，放置在中长波-可见光近红外分光片(21)的反射方向，实现多谱段光信息分离。