一种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学遥感探测领域，涉及一种用于偏振辐射探测领域的偏振成像装 置，特别涉及一种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉仪及其成像方法。
【背景技术】
[0002] 物体反射的电磁波中含有重要偏振遥感信息，不仅能用于去除背景噪声，提高对 比度的表面、形貌、阴影和粗糙度等信息，还可以用于反演目标的尺寸、浓度等物理化学特 性。偏振成像是一种同时获取目标空间和偏振信息先进遥感探测技术，对提高目标探测、识 别及分类的效率和精准度具有一定潜力，在军事侦察、地球资源普查、环境卫生监测、自然 灾害预报、大气探测、天文观测、机器视觉放生、生物医学诊断等诸多领域都将具有重要的 应用价值和前景。虽然偏振成像技术是一项新型的前言遥感探测技术，但其独特的遥感探 测优势已经引起国内外重要机构的重视。国外研宄机构主要集中在美、日、欧等国家的重大 工程项目依托单位、军方、大学等；国内研宄机构目前主要有安徽光机所、西安光机所、西安 交通大学等，已报道的偏振辐射探测技术各具特色。
[0003] 偏振成像仪一般采用4f?成像结构，或是平面镜成像结构（sagnac结构）。其按照 成像技术根据光源可以分为主动成像与被动成像技术，主动成像以穆勒偏振成像为代表， 其光源已知或是可控，利用探测器可以探测出目标的偏振态；被动成像一般以stokes偏振 成像为代表。按照数据处理方式可以分为数据简化模式，傅里叶分析法，通道调制模式。数 据简化模式是指获取的偏振信息比所需的偏振态维度大，通过对所的到的偏振信息进行数 据处理获得所需要的偏振态；而傅里叶分析法是通过旋转波片获得关于旋转进步角的光强 的傅里叶级数表达式，最后经过公式变换获得斯托克斯参量；通道调制型是将不同偏振态 参数振幅调制到不同的频率上，从而对数据进行处理获得偏振态信息。按照时间又可以划 分为时序性偏振成像仪，与非时序偏振成像仪。时序性主要是通过旋转偏振片获得不同的 偏振态，从而进行数据处理获得所需要信息，其缺点是不能对动态目标成像；非时序又可以 划分为分振幅型，分孔径型分焦平面型与通道调制型，分振幅型一般需要多个探测器，数据 同步较困难，仪器体积比较大且比较复杂。分孔径型是在一个探测器上产生多幅图，分辨率 较低，制作困难；分焦平面型主要空间分辨率较低；通道调制型是在单幅图像上获得偏振 信息，这种类型的偏振成像仪可以在短时间获得二维空间上所有斯托克斯偏振参量信息， 且制作简单等优点。本发明属于通道调制型快照偏振成像仪。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种可以瞬时获得白光条件下目标全Stokes参量的偏振 成像方法，其利用闪耀光栅的色散原理及sagnac光路结构得到与波长成正比的光束剪切 量，通过特殊分布的四束偏振光两两干涉，最终获得由stokes参量振幅调制的干涉条纹图 像，干涉条纹频率与波长成反比，与剪切量成正比，从而消除波长的影响。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 这种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像方法：使二维空间目标发出的光 经过处理形成中间像面，中间像面发出的光经过准直，然后分束为反射光和透射光，其中透 射光直接进入一个色散sagnac偏振分束单元中，反射光先经过一个消色散的半波片后在 进入另一个色散gnac偏振分束单元中；进入色散sagnac偏振分束单元的光通过线性分束 器，闪耀光栅，平面反射镜，平面反射镜，再透过闪耀光栅与线性分束器最后获得两束横向 剪切与波长成正比且振动方向相互垂直的光；反射支路与透射支路之间通过两组平面反射 镜调节光路方向与光程，使得四束光汇聚于一点；四束光经过分束镜、再通过偏振片偏振方 向，再通过成像透镜成像到角平面阵列，进行数据采集，以获得白光条件下全部stokes参 量振幅调制的干涉图像，最后通过对干涉图像的傅里叶逆转换、滤波及傅里叶转换，从而获 得各个偏振分量的二维空间图。
[0007] 进一步，上述闪耀光栅为透射式二元光学元件的极限情况，衍射光栅理想锯齿厚 度近似为中心波长与光栅材料与环境折射率差，且可以将获得衍射效率极高的一级衍射 光。
[0008] 进一步，上述通过色散sagnac偏振分束单元的光具有横向剪切作用，剪切量与波 长成正比。
[0009] 本发明具有以下有益效果：
[0010] 1、本发明可以对复色光条件下的空间目标获得偏振信息，同时保留了目标的空间 信息与颜色信息；
[0011] 2、只需对二维空间目标的一帧图像，即可以获得其偏振等信息，时间分辨率高，避 免环境变化带来的影响，工作效率高。
[0012] 3、数据处理简单快速，可实时对目标进行检测。
【附图说明】
[0013] 图1为实现本发明发明的全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像干涉装置；
[0014] 图2为单个sagnac结构分光单元；
[0015] 图3为通过分光镜后的四束光分布；
[0016]图4为干涉图像傅里叶变换后得到频谱分布图。
[0017] 其中：100、前置光学镜组，200、白光全偏振调制模块，300、光路方向调制镜组， 400、偏振镜，500、成像透镜，600、面阵探测器，700、数据采集处理系统，110、物镜，120、视场 光阑，130、准直透镜；210、分光镜，220、半波片，230、第一单个复色光偏振干涉单元，240、第 二单个复色光偏振干涉单元，231、线栅分束镜，232、闪耀光栅，233、平面反射镜，230U2302 分别为通过单sagnca分束单元230获得的的偏振光，204、2402分别为通过第二单个复色光 偏振干涉单元240获得的偏振光；310、320、330、340、光路方向调制镜组中的四个平面反射 镜，350、分光镜；400为偏振镜；500为成像透镜；600、焦平面阵列。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明范围。
[0019] 本发明的这种全斯托克斯参量的白光双Sagnac偏振成像方法为：使二维空间目 标发出的光经过处理形成中间像面，中间像面发出的光经过准直，然后分束为反射光和透 射光，其中透射光直接进入一个色散sagnac偏振分束单元中，反射光先经过一个消色散的 半波片后在进入另一个色散sagnac偏振分束单元中；进入色散sagnac偏振分束单元的光 通过线性分束器231，闪耀光栅232,平面反射镜233-1，平面反射镜233-2,再透过闪耀光 栅232与线性分束器231最后获得两束横向剪切与波长成正比且振动方向相互垂直的光； 反射支路与透射支路之间通过两组平面反射镜调节光路方向与光程，使得四束光汇聚于一 点，四束光经过分束镜、再通过偏振片偏振方向，再通过成像透镜成像到角平面阵列，进行 数据采集，以获得白光条件下全部stokes参量振幅调制的干涉图像，最后通过对干