一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于偏振成像领域，特别涉及一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法。所述装置包括非相干光源，在非相干光源出射光的光路上依次设置有滤波片、偏振片、偏振成像系统组件、四分之一波片、线偏振片和相机，其特征在于：所述偏振片与偏振成像系统组件之间设置有半平面，偏振片将入射光调制为六种偏振状态，所述六种偏振状态为：与x轴夹角为0

【技术实现步骤摘要】
一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法


[0001]本专利技术属于偏振成像领域，特别涉及一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法。

技术介绍

[0002]偏振成像技术目前受到了许多国内外研究学者的重点关注。其成像技术比一般的成像技术更为超前，更为新颖。而偏振成像系统与传统光学成像系统相比，其成像的特殊性就在于成像结果中包含了传统成像系统所不能提供的偏振信息。因此，对于传统成像系统与方法无法探测的目标，通过偏振成像系统可以有效地检测与识别，从而使得偏振成像系统广泛应用于天文观测、目标探测、生物医学检测等领域。
[0003]光学传递矩阵作为一种分析光学成像系统性能的方法，具有更客观、更可靠等明显的优点。目前，根据已有的偏振成像系统光学传递矩阵的测量，如专利申请号为2021112023663的专利“用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和表征方法”，其所采用的方法是基于光栅来实现的。这种利用光栅的测量方法，具有以下几点不足之处：(1)在利用光栅进行测量的过程中，需要取至少20组不同频率的光栅图案来进行，这样会使得测量时间很长，操作较复杂，难以实现对偏振成像系统光学传递矩阵的实时测量，效率低；(2)使用光栅测量时，光栅法不能直接测量光学传递矩阵曲线的中心及高频部分，如果选取的光栅的频率处于超低频的时候，光栅只有一个正弦条纹，傅里叶变换后的0级峰和1级峰非常接近，无法分清；如果选取的光栅的频率处于超高频的时候，那么测量所需的光栅制作非常困难，难以做出；(3)利用光栅进行测量时，在两个所用相邻频率的光栅之间容易忽略相邻频率中间未选用的频率所对应的测量结果，即表现为采样频率不够，忽视了未采样频率的结果，那么就会出现测量精度和时间之间不好把握的问题，当采样频率足够，测量精度就高，而所需时间就很长，当采样频率少，测量精度就低，而所需时间就较短。综上所述，急需提出一种更好的表征偏振成像系统光学传递矩阵的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法，以克服现有技术存在的无法实现实时测量、不能直接测量光学传递矩阵曲线的中心及高频部分、测量精度和时间两者不好把握的问题。
[0005]为了达到本专利技术的目的，本专利技术要提供的技术方案如下：一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法，包括非相干光源，在非相干光源出射光的光路上依次设置有滤波片、偏振片、偏振成像系统组件、四分之一波片、线偏振片和相机，所述偏振片与偏振成像系统组件之间设置有半平面，偏振片将入射光调制为六种偏振状态，所述六种偏振状态为：与x轴夹角为0
°
、90
°
、45
°
、135
°
的四种线偏振以及左旋圆偏振和右旋圆偏振。
[0006]进一步的，上述偏振成像系统组件由偏振光学元件及透镜组成，所述偏振片是线偏振片或圆偏振片。
[0007]进一步的，上述装置用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的方法：包括以下步骤
[0008]步骤一、首先将入射光调制为一种偏振状态，通过半平面后，通过偏振成像系统组件检测光路，然后调节相机前放置的线偏振片，即调节线偏振片快轴方向为与x轴夹角为0
°
、90
°
、45
°
、135
°
的四种情况，分别在0
°
、90
°
、45
°
、135
°
时在线偏振片前不放入四分之一波片测出四幅光强图，在45
°
、135
°
时放入四分之一波片测出两幅光强图，共计得出该入射偏振光对应的六幅光强图，将六幅光强图按顺序分别记为I
(0,0)
(x,y)、I
(90,0)
(x,y)、I
(45,0)
(x,y)、I
(135,0)
(x,y)、I
(45,1)
(x,y)和I
(135,1)
(x,y)，所述公式为
[0009]S0(x,y)＝I
(0,0)
(x,y)+I
(90,0)
(x,y)
ꢀꢀ
(1)
[0010]S1(x,y)＝I
(0,0)
(x,y)
‑
I
(90,0)
(x,y)
ꢀꢀ
(2)
[0011]S2(x,y)＝I
(45,0)
(x,y)
‑
I
(135,0)
(x,y)
ꢀꢀ
(3)
[0012]S3(x,y)＝I
(45,1)
(x,y)
‑
I
(135,1)
(x,y)
ꢀꢀ
(4)
[0013]其中下标中的“0”表示不放入四分之一波片，“1”表示放入四分之一波片；最后根据公式计算出入射光调制为该偏振状态下的斯托克斯图像。
[0014]步骤二、对所得到的斯托克斯参数图像沿着半平面的水平方向取一组参数，将其转换成一维图像进行微分计算，计算结果记为S0(x)、S1(x)、S2(x)和S3(x)，然后对微分后的结果进行傅里叶变换处理，得到结果记为S0(f)、S1(f)、S2(f)和S3(f)；
[0015]步骤三、改变入射光调制的六种偏振状态，重复步骤一和步骤二，直至入射光被调制为所有的六种偏振状态结束，得到六组偏振状态下的傅里叶变换结果，再进行下一步；
[0016]步骤四、对傅里叶变换后的结果，代入公式计算，表征出光学传递矩阵，所述的公式为：
[0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033]其中，S0(f)、S1(f)、S2(f)和S3(f)右上角角标(0)、(90)、(45)、(135)、(lc)、(rc)分别代表了六种偏振状态，即：与x轴夹角为0
°
、90
°
、45
°
、135
°
的四种线偏振以及左旋圆偏振和右旋圆偏振。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0035]1、本专利技术提出的一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法，能够实现在线实时测量偏振成像系统的光学传递矩阵：这是因为本专利技术方法只需进行一次成像，就可测得一组斯托克斯图像，可以实现在线的实时测量，因此大大缩短了实验测量时间，并简化了实验操作。
[0036]2、本专利技术提出的一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置和方法，可以直接测量光学传递矩阵曲线的中心及高频部分：由于半平面法得到的图像是连续信号且经过傅里叶变换后，能够一次得到零频、低频、中心及高频部分。因此半平面法可以直接测量光学传递本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置，其特征在于：包括非相干光源，在非相干光源出射光的光路上依次设置有滤波片、偏振片、偏振成像系统组件、四分之一波片、线偏振片和相机，所述偏振片与偏振成像系统组件之间设置有半平面，偏振片将入射光调制为六种偏振状态，所述六种偏振状态为：与x轴夹角为0
°
、90
°
、45
°
、135
°
的四种线偏振以及左旋圆偏振和右旋圆偏振。2.根据权利要求1所述一种用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的装置，其特征在于：所述偏振成像系统组件由偏振光学元件及透镜组成，所述偏振片是线偏振片或圆偏振片。3.根据权利要求1所述装置用于表征偏振成像系统光学传递矩阵的的方法，其特征在于：包括以下步骤:步骤一、首先将入射光调制为一种偏振状态，通过半平面后，通过偏振成像系统组件检测光路，然后调节相机前放置的线偏振片，即调节线偏振片快轴方向为与x轴夹角为0
°
、90
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、45
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、135
°
的四种情况，分别在0
°
、90
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、45
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、135
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时在线偏振片前不放入四分之一波片测出四幅光强图，在45
°
、135
°
时放入四分之一波片测出两幅光强图，共计得出该入射偏振光对应的六幅光强图，将六幅光强图按顺序分别记为I
(0,0)
(x,y)、I
(90,0)
(x,y)、I
(45,0)
(x,y)、I
(135,0)
(x,y)、I
(45,1)
(x,y)和I
(135,1)
(x,y)，所述公式为：S0(x,y)＝I
(0,0)
(x,y)+I
(90,0)
(x,y) (1)S1(x,y)＝I
(0,0)
(x,y)

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，马腾，聂建林，武田光夫，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：