一种全偏振光谱成像装置及探测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115824412A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211090660.4(22)申请日2022.09.07(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人穆廷魁(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215专利代理师段俊涛(51)Int.Cl.G01J3/447(2006.01)G01J3/28(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种全偏振光谱成像装置及探测方法(57)摘要本发明公开了一种全偏振光谱成像装置及探测方法，包含沿入射光向依次设置的偏振调制器、成像光谱仪、数据采集处理显示系统；偏振调制器是延入射光线依此设置的单个固定延迟器和单个固定线偏振器，可以对全斯托克斯参数进行光谱调制，结构上具有简单、超紧凑、微型化、抗系统误差的优越性。通过构建完备的成像物理模型或构建基于压缩感知的成像物理模型，再利用未训练人工神经网络实现每一个窄波带下的全斯托克斯参数图像重建，为“黑箱操作”的深度神经网络赋予了物理意义。重建的偏振光谱分辨率可保持与所用成像光谱仪的分辨率一致；且具有抗噪声能力强的特点，从而确保了高质量重建。CN115824412ACN115824412A权利要求书1/3页1.全偏振光谱成像装置，其特征在于，包括沿入射光向依次设置的偏振调制器(11)、成像光谱仪(12)和数据采集处理显示系统(13)；所述偏振调制器(11)由沿入射光向依次设置的一个固定延迟器(111)和一个固定线偏振器(112)组成。2.根据权利要求1所述全偏振光谱成像装置，其特征在于，设定符合右手定则的x‑y‑z正交坐标系，其中，z轴正方向为入射方向；y轴正方向竖直向上；x轴垂直于y轴和z轴；所述全偏振光谱成像装置的光轴水平设置，z轴平行于光轴；所述固定延迟器(111)的快轴平行于x‑y平面，且与x‑z平面之间的夹角θ在0°至180°之间任意取值，且θ不能取0°、45°、90°、135°或180°；固定线偏振器(112)的偏振方向平行于x轴或y轴。3.根据权利要求1所述全偏振光谱成像装置，其特征在于，设定符合右手定则的x‑y‑z正交坐标系，其中，z轴正方向为入射方向；y轴正方向竖直向上；x轴垂直于y轴和z轴；所述全偏振光谱成像装置的光轴水平设置，z轴平行于光轴；所述固定延迟器(111)之前还设置有第一固定延迟器(113)，其中，第一固定延迟器(113)的快轴方向平行于固定线偏振器(112)的偏振方向，固定延迟器(111)的快轴方向平行于x‑y平面，且与x‑z平面之间的夹角为45°，固定线偏振器(112)的偏振方向平行于x轴或y轴。4.根据权利要求3所述全偏振光谱成像装置，其特征在于，所述第一固定延迟器(113)为四分之一波消色差延迟器。5.根据权利要求1或2或3或4所述全偏振光谱成像装置，其特征在于，所述成像光谱仪(12)为快照式成像光谱仪或者扫描式成像光谱仪；所述数据采集处理显示系统(13)包括数据采集、预处理、复原和显示功能模块。6.根据权利要求1或2或3或4所述全偏振光谱成像装置，其特征在于，所述偏振调制器(11)置于成像光谱仪(12)的准直光路中。7.基于权利要求1至6任一项所述全偏振光谱成像装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：目标发出的携带空间偏振光谱信息的光束经偏振调制器(11)偏振调制后，由成像光谱仪(12)进行光谱成像，数据采集处理显示系统(13)控制成像光谱仪(12)采集所有可分辨窄波带下的偏振调制图像；将第k个可分辨窄波带下的偏振调制图像进行矢量化表示，即同时将第k个可分辨窄波带下的入射场景的斯托克斯参数进行矢量化表示，即其中Nx、Ny、Nλ和Ns分别表示x轴方向像元数、y轴方向像元数、可分辨窄波带数和待测斯托克斯参数的数目；则全偏振光谱成像装置在第k个可分辨窄波带下的线性成像模型表示为：Ik＝MkSk+εk(1)其中和分别表示全偏振光谱成像装置的测量矩阵和测量噪声矩阵；各参量具体表示如下：2CN115824412A权利要求书2/3页其中，A、B、C分别是经偏振调制器(11)调制后所形成的调制变量，上角标[1,1]、[2,1]、…、[Nx,Ny]代表图像像元所在的空间坐标位置；当偏振调制器(11)由固定延迟器(111)和固定线偏振器(112)组成，则有：A＝cos22θ+sin22θcosδB＝si2nδ(/2θ)C＝‑sinθ2δs当固定延迟器(111)和固定线偏振器(112)之前还设置有第一固定延迟器(113)，则有A＝cosδB＝sinδsinδ1C＝‑sinδcosδ1其中，θ为固定延迟器(111)的快轴与x‑z平面之间的夹角，δ为固定延迟器(111)的延迟