[发明专利]一种静态红外偏振成像光谱仪

说明书

本发明提供了一种包括沿入射光光轴方向依次设置的准直镜、微透镜阵列、中继成像系统和面阵探测器，在准直镜和微透镜阵列之间设置偏振片阵列，微透镜阵列和中继成像系统之间设置静态干涉系统，准直镜、偏振片阵列、微透镜阵列和静态干涉系统同轴；偏振片阵列将入射光场分为四个偏振通道，使每个偏振通道形成具有不同偏振态的透射光场；静态干涉系统用于将具有不同偏振态的透射光场形成多重偏振干涉光场，实现四个偏振通道偏振干涉的同步测量。本发明有效减小了整个系统的体积和重量，在偏振态、成像、光程差精密调制的同时，可实现红外偏振快照成像光谱仪的微小型化与集成化。

技术领域

本发明属于红外成像光谱探测仪器技术领域，具体涉及一种静态实时红外偏振快照成像光谱仪以及该光谱仪获取的偏振光谱信息提取方法。

背景技术

偏振成像光谱技术可以同时获得观测目标的图像、光谱和偏振信息，它是在成像光谱技术和偏振成像技术的基础上发展起来的一种新型多维信息获取技术。偏振成像光谱仪是一种融合了相机、光谱仪与偏振仪功能的高新光电度量仪器，能够获取目标多维信息的超数据立方体，它包含目标的二维图像空间信息、图像中每一点的光谱信息及每个光谱段的偏振信息，大大提高了光学探测获取的信息量，为目标探测、识别与确认提供了更丰富、更全面、更科学、更客观的科学依据和信息源，可有效提高目标与背景的对比度，突出目标的细节特征，增强目标识别的效果，更全面、深入的了解目标的属性和行为，实现复杂条件下的目标探测与识别。偏振成像光谱技术可以在恶劣的环境下进行远距离目标的信息获取，在抑制背景噪声、提高探测距离、细节特征获取以及目标伪装识别等方面具有绝对优势。因此，偏振成像光谱仪在目标探测中展现出广泛的应用前景，例如可探测隐藏或伪装的目标；可实现海面以及水下目标的探测和识别；有效区分金属和绝缘体或是从引诱物中区分真实目标；可对物体特征(如指纹等)进行识别；可实现星载或机载遥感等。

随着航空航天遥感、地球资源普查、军事侦察、农业和海洋遥感等领域研究的深入，人们对偏振成像光谱仪提出越来越高的要求，如仪器结构趋于小型轻量化；探测模式向静态、高通量、实时探测方向发展；系统功能向宽谱段、高空间、高光谱分辨率及成像、光谱、偏振多维信息一体化获取技术发展，因此对具有静态、实时、微小型化特征，且集偏振、光谱、成像于一体的偏振成像光谱仪提出了十分迫切需求。

红外谱段的特点为可全天候对目标进行探测、跟踪和识别，并能探测出某些隐藏的目标，受天气和外在环境影响较小。红外偏振成像光谱仪可以为目标探测提供了更丰富、更全面的科学依据和信息源，在抑制背景噪声、提高探测距离、细节特征获取以及目标伪装识别等方面具有显著优势，因此红外偏振成像光谱仪具有十分广泛的应用前景。

目前普遍应用的红外偏振成像光谱仪获取偏振信息的方式主要采用分时方式，在不同时刻依次获取不同偏振状态的图谱信息，主要有两种形式：一是旋转偏振元件在不同的角度依次获取不同偏振状态的图谱；二是加入调制器件，通过调制改变系统偏振元件的偏振特性(如偏振片的偏振方向，延迟片的相位差等)，获取不同偏振态的图谱。分时偏振成像光谱仪由于需要依次获得多幅偏振图谱，探测时间较长。同时，由于斯托克斯矢量的四个分量需要在相同的条件下对同一目标进行测量，当测量运动目标时，场景随时间变化或环境随时间变化，都会带来测量误差和虚假信息。

发明内容

本发明为了解决上述缺陷，提出了一种静态红外偏振成像光谱仪，将微纳线栅偏振片阵列、微透镜阵列与基于屋脊型多级微反射镜阵列的干涉系统相结合，构建快照式偏振干涉成像系统，实现红外偏振图谱瞬时测量功能。该静态实时红外偏振快照成像光谱仪采用微纳线栅偏振片阵列、微透镜阵列、屋脊型多级微反射镜阵列等微纳光学器件，有效减小了整个系统的体积和重量，在偏振态、成像、光程差精密调制的同时，可实现红外偏振快照成像光谱仪的微小型化与集成化。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种静态红外偏振成像光谱仪，包括沿入射光的光轴方向依次设置的准直镜、微透镜阵列、中继成像系统和面阵探测器，在准直镜和微透镜阵列之间设置有偏振片阵列，微透镜阵列和中继成像系统之间设置有静态干涉系统，准直镜、偏振片阵列、微透镜阵列和静态干涉系统同轴；