[发明专利]变焦距全偏振光谱成像探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及变焦距全偏振光谱成像探测系统，尤其指一种用于星载、机载和地面对地的全偏振光谱成像探测的光学系统。

背景技术

偏振光谱成像探测能够提供关于目标的表面粗糙度、纹理走向、表面取向、表面电导率、材料的理化特性、含水量等信息，在云和大气气溶胶的探测、地质勘探、土壤分析、环境监测、资源调查、灾害估计、农林牧业发展、材料分析、海洋开发利用和医学诊断等领域具有广泛的应用前景和经济价值。随着偏振光谱成像探测技术的日趋发展，研制高效可靠的偏振光谱成像探测系统成为国内外研究的重点。

在偏振遥感领域，国外的偏振探测技术已经较为成熟，一些研究机构和公司已经研制出很多偏振探测仪器。美国应用技术联合会、空军实验室、Ball航天技术公司、新墨西哥州立大学电子计算机工程学院联合研制的长波红外偏振成像仪，采用偏振滤光器、微栅格偏光阵列，能够同一时刻得到四幅偏振信息图像，并且能获得热量信息。欧洲航天局/欧洲航天技术中心地球观测计划部门、欧洲气象卫星开发组织研制的航天偏振遥感偏振观测单元，采用两片布儒斯特棱镜结构，可进行地球臭氧观测。法国空间研究中心的POLDER，采用偏振片、滤波片结构，对太阳辐射和偏振度进行全球观测，可提取大气气溶胶和云层信息。蒙大拿州立大学电子与计算机工程学院研制的两片视场成像分光偏振仪可以实现地对空和地对地的偏振探测。BALL航天技术公司研制的BATC成像斯托克斯偏振仪，使用了LCTF(liquid crystaltunable filter，LCTF)和LCVR(liquid crystal variable retarder，LCVR)电光调制器，在可见光范围内任意调节波段，拍摄频率足够高，可用于目标检测。

从国内外的研究可以看出，目前的偏振成像探测光学系统存在的主要问题是：均为定焦系统，在同一探测距离只能实现一定的空间分辨率，而且大部分探测系统所选用的偏振组件在进行偏振测量时需要机械转动，偏振探测精度不够高。

发明内容

本发明所要技术解决问题是：提供一种变焦距全偏振光谱成像探测系统，该探测系统具有在可见和近红外的波长范围内，精确探测目标的全偏振特性的能力，并且在同一探测距离上可以实现不同的空间分辨率。

本发明一种变焦距全偏振光谱成像探测系统，其技术解决方案：该变焦距全偏振光谱成像探测系统，包括下列部分：

变焦距光学镜头，位于整个光学系统的最前端，用于将被测目标一次成像在其焦平面上；

滤光轮，位于变焦距光学镜头的焦平面之后，安装在滤光轮上的滤光片用于实现光谱分光功能；

两片液晶相位可变延迟器LCVR1和LCVR2，位于滤光轮之后，通过改变两片LCVR上的电压值，可以改变入射光的相位延迟；

偏振片，位于LCVR2之后，用于改变入射光的偏振方向；

微距光学镜头，位于偏振片之后，用于将系统第一次所成像进行二次成像；

电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)，为光电转换器件，用于将被测目标的光辐射强度转换为电信号，其输出的电信号经由计算机I/O卡送入计算机；

电子驱动器，用于控制加在两片LCVR上的电压值，从而改变LCVR的相位延迟值，其驱动输出端与两片LCVR相接，通讯控制端与计算机的串口或USB接口相连；

图像采集卡，用于将CCD光电转换后的信号，送入计算机，其插在计算机的PCI插槽中；

计算机，用于控制加在LCVR的电压值，从而改变LCVR的相位延迟值；采集被测目标图像信号，并对所采集图像进行处理。

其中，所述的变焦距光学镜头，位于整个光学系统的最前端，用于将被测目标一次成像在其焦平面上，通过自身的变焦从而实现了整个探测系统的变焦，使得探测系统在同一探测距离上可以分别实现不同的空间分辨率。

其中，所述的变焦距光学镜头为变焦距望远镜头。

其中，所述的两片LCVR是基于液晶的电控两片折射特性而制成的，采用电控即可使通过LCVR的光产生相位延迟，无需运动部件，而且LCVR的响应时间短，属于毫秒级；所述的偏振片是由高质量光学玻璃间压制一层二向色偏振材料制成的精确偏振片，该精确偏振片与两片LCVR构成具有可精确探测目标4个全斯托克斯矢量的功能的偏振测量组件。