[发明专利]一种基于AOTF的同时全偏振光谱成像系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于AOTF的同时全偏振光谱成像系统及方法，以解决目前基于AOTF的偏振光谱成像系统无法满足全固定状态和无需电调谐就可实时获得瞬时目标全偏振信息的问题。该系统包括根据光路传输依次排列的前置物镜、视场光阑、前置准直镜、AOTF、成像镜、探测器和探测器控制处理系统，AOTF连接有AOTF驱动器，前置准直镜和AOTF之间依光路传输固定设有四孔径消色差波片阵列和偏振片P1，二者组成偏振调制系统；所述AOTF和成像镜之间设置有偏振片P2；所述偏振片P1和偏振片P2设置方向正相交，所述设置方向正相交为偏振片P1水平设置且偏振片P2垂直设置或偏振片P1垂直设置且偏振片P2水平设置。

技术领域

本发明涉及全偏振光谱成像系统，具体涉及一种基于AOTF的同时全偏振光谱成像系统及方法。

背景技术

偏振光谱成像技术结合了偏振成像技术和光谱成像技术的优点，不仅获得偏振信息，还能获得光谱信息和空间信息，增加被测目标的信息维度，有效提高了被测目标在复杂背景中的探测和识别能力，在航天，军事，医疗，食品等方面有着重要应用和广泛前景。

声光可调谐滤光片(Acousto-optic Tunable Filter，AOTF)是一种根据声光衍射原理制成的电压调谐的新型分光元件，结合光谱成像技术，可以获得光谱、偏振、图像信息，为目标的识别和检测提供了极大便利。目前基于AOTF的全Stokes光谱仪主要是AOTF结合液晶可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarder,LCVR)实现偏振调制和波段选择，结合面阵探测器(Charge Coupled Device,CCD)获得偏振光谱图像。

日本航天局国家宇航实验室提出的基于AOTF的偏振光谱成像系统是分两束光路进行的，利用两个CCD分别对AOTF的+1级衍射光和-1级衍射光成像，同时获得被测目标水平和垂直方向的偏振光谱信息。美国陆军研究实验室的N.Gupta小组提出了AOTF前放置一个LCVR的偏振光谱成像系统，选择AOTF±1级衍射光中的一束衍射光实现偏振光谱成像，此系统能够得到Stokes矢量的前三个分量，无法获得圆偏振信息。西安光机所的邱跃洪等人提出了基于孔径分割加AOTF的偏振光谱成像系统，将四个偏振方向分别为-45°、0°、90°、45°的偏振片分别放置在四个孔径中，选择AOTF+1级衍射光实现偏振光谱成像，根据Stokes矢量定义，也是只能获得Stokes矢量的前三个分量，无法获得圆偏振信息。上述的系统都只能获得Stokes矢量的线偏振信息，无法获得圆偏振信息。

为了获得Stokes矢量全偏振信息，N.Gupta小组又提出了有两个LCVR和AOTF的偏振光谱成像系统。LCVR加AOTF的偏振光谱成像系统中，温度等外界因素会极大的影响液晶的相位延迟特性,降低了偏振测量精度，还要进行多次电调谐相位延迟量，尽管电调谐的速度很快，但本质上仍属于分时成像图像，只针对静态目标进行测量，不能对瞬时动态目标进行测量；并且要实现全偏振测量，就必须两个LCVR级联结合AOTF进行偏振调制，而且两个LCVR和AOTF的偏振光谱成像系统也增大了系统体积。

发明内容

本发明为解决目前基于AOTF的偏振光谱成像系统无法同时获得线偏振信息和圆偏振信息的技术问题，且为满足全固态无需电调谐就可实时获得瞬时动态目标信息的需求，提出一种基于AOTF的全偏振光谱成像系统。

本发明的总体思路为：为获得瞬时目标全偏振信息，提出一种基于AOTF的全偏振光谱成像系统。通过不同方位角的四孔径消色差波片阵列和偏振片P1，实现无需电调谐就能同时获得包含所需波段圆偏振信息和线偏振信息的全偏振光谱图像。

本发明的技术方案为：