二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法技术

本发明专利技术公开了一种二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法，包括：步骤一、基于二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏光学系统MSPSIP，根据斯托克斯参量和穆勒矩阵关系式得到MSPSIP输出的干涉图像的光强表达式；步骤二、对光强I(x

【技术实现步骤摘要】
二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法


[0001]本专利技术涉及偏振成像
更具体地说，本专利技术涉及一种二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法。

技术介绍

[0002]成像测偏技术不仅可获得目标光学辐射的光强度信息，而且可获得目标的偏振信息，显著增加被探测目标场景的信息量。目标的偏振信息与它自身的介电常数、粗糙度、组织结构、含水量等有密切关系。该技术在空间遥感、环境监测、生物医学等领域具有广阔的应用前景，受到了国内外研究人员的重视。它是当今偏振成像领域研究的热点之一。
[0003]成像测偏技术按照调制方式不同，可分为分时型和快拍型(Snapshot，也有学者称为同时或快照式)。分时型一般包含有机械转动(如旋转波片等)或相位延迟调制(如液晶等)部件。快拍型一般包括：分振幅、分焦平面、分孔径和空间调制型，图像之间的精确配准是前三者快拍型成像测偏技术不可忽视的问题。空间调制快拍成像测偏技术是采用不同的载频将目标的全部4个斯托克斯参量编码到一帧干涉图中，通过一次探测获取目标全部斯托克斯参量。该技术还具有结构简洁、直光路、易配准和微型轻量等优点，是近十年快拍成像测量技术的重点方向之一。国内外研究学者基于不同核心调制器件提出了优点各异的技术方案，但在反演目标偏振信息时，一般采用参考光线定标方法：在每次测量目标前，须先测量一些已知偏振态(0
°
和45
°
线偏振光)作为参考数据，通过将未知目标的数据与参考数据进行归一化，消除空间调制相位因子的影响，重构出未知目标的偏振信息。参考光定标技术前提假设：测量时系统状态与定标时系统状态完全一样。然而，在实际动态环境中(如温度不稳定)，快拍测偏系统状态是动态变化的。用测量目标前系统状态去定标测量目标时系统的状态，必然导致动态的测量误差，显然传统参考光线定标技术不能满足实际动态环境下的应用需求。
[0004]针对上述问题，现有技术中提出了一种基于改进型萨瓦偏光镜(MSP)的线性剪切空间调制快拍成像测偏技术的自定标方法，采用的基本原理是两个延迟器厚度比为2:1来确定其中一个延迟器的相位，但是其只能对线性剪切空间调制快拍成像进行自定标，而目前的空间调制快拍成像测偏技术绝大部分采用二维剪切(因为二维剪切相比线性剪切在空间载频和通道宽度上提高了2倍，反演目标同一Stokes参量的数据面积提高了4倍，这使其在空间分辨率和信噪比等方面具有明显优势)，因此现有的定标方法不能对二维剪切空间调制快拍成像测偏定标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法，该方法基于自身参数完成定标，能有效减少动态环境变化对测量精度的影响。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法，其包括：
[0007]步骤一、基于二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏光学系统MSPSIP，根据斯托克斯参量和穆勒矩阵得到MSPSIP输出的干涉图像的光强表达式：
[0008][0009]其中，S0～S3是入射光的斯托克斯参量，Ω＝Δ/(λf)是载频，Δ是改进型萨瓦偏光镜的单板横向剪切量，λ是入射光的波长，f是成像镜焦距；
[0010]步骤二、对光强I(x
i
,y
i
)进行傅里叶变换获得干涉图像频域的七个峰，七个峰中包含不同的斯托克斯参量，基于傅里叶变换的对称性，只对峰C0、C1和C2采用二维滤波器进行滤波再进行反傅里叶变换，来重构S0～S3的偏振信息：
[0011][0012][0013][0014]其中，表示反傅里叶变换；
[0015]步骤三、令延迟相位φ1＝2πΩx
i
,φ2＝2πΩy
i
，及
[0016]T0＝(1/2)S0；
[0017]T1＝(1/4)|S1|exp{i[φ1+arg{S1}]}；
[0018]T
‑
＝(1/8)|S
23
|exp{i[φ1‑
φ2+arg{S
23
}]}；
[0019]T
+
＝(1/8)|S
23
|exp{i[φ1+φ2‑
arg{S
23
}]}；
[0020]其中arg{S1}是0或π，S
23
＝S2+iS3，根据T0～T
+
的表达式可得：
[0021]T
21
＝(1/16)|S1|2exp(i2φ1)；
[0022]‑
T
‑
T
+
＝(1/64)|S
23
|2exp(i2φ2)；
[0023]即：
[0024]由于等式的绝对值等于完全偏振光成分中的光强的平方，总是一个大于零的值，故对16T
21
‑
64T
‑
T
+
求复角得出φ1，又延迟相位φ2与延迟相位φ1的相差为π/2，求解出延迟相位φ2；
[0025]步骤四、根据得出的延迟相位φ1和φ2及T
12
和
‑
T
‑
T
+
的表达式求解出全部的斯托克斯参量S0～S3。
[0026]优选的是，所述二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏光学系统MSPSIP包括沿光路依次设置的准直透镜、滤波片、第一改进型萨瓦偏光镜、半波片、第二改进型萨瓦偏光镜、分析器、成像镜和像面电荷耦合器件。
[0027]优选的是，所述二维滤波器为2kΩ
×
2kΩ的二维滤波器，k为与MSPSIP中像面电荷耦合器件尺寸相关的常数。
[0028]优选的是，在垂直光路的竖直面设直角坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，沿光路方向为z轴，则第一改进型萨瓦偏光镜的主截面平行于yoz平面，第二改进型萨瓦
偏光镜的主截面平行于xoz平面，半波片的快轴方向与x轴的夹角为22.5
°
，分析器的偏振方向与x轴的夹角为45
°
，像面电荷耦合器件放置在成像镜的后焦平面上。
[0029]优选的是，实施所述方法的环境温度为5～35℃。
[0030]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0031]1、不需要预知偏振目标；
[0032]2、定标时，无旋转部件；
[0033]3、测量同时实现系统定标，满足动态环境下测量需求，减少环境变化对测量精度的影响；
[0034]4、测量系统不含机械活动部件，能通过单次曝光获得目标全偏振图像，测量精度高；
[0035]5、能对活体目标或者运动场景进行实时、同时探测，实时、同时定标。
[0036]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏自定标方法，其特征在于，包括：步骤一、基于二维剪切空间调制快拍全偏振成像测偏光学系统MSPSIP，根据斯托克斯参量和穆勒矩阵得到MSPSIP输出的干涉图像的光强表达式：其中，S0～S3是入射光的斯托克斯参量，Ω＝Δ/(λf)是载频，Δ是改进型萨瓦偏光镜的单板横向剪切量，λ是入射光的波长，f是成像镜焦距；步骤二、对光强I(x
i
,y
i
)进行傅里叶变换获得干涉图像频域的七个峰，七个峰中包含不同的斯托克斯参量，基于傅里叶变换的对称性，只对峰C0、C1和C2采用二维滤波器进行滤波再进行反傅里叶变换，来重构S0～S3的偏振信息：的偏振信息：的偏振信息：其中，表示反傅里叶变换；步骤三、令延迟相位φ1＝2πΩx
i
,φ2＝2πΩy
i
，及T0＝(1/2)S0；T1＝(1/4)|S1|exp{i[φ1+arg{S1}]}；T
‑
＝(1/8)|S
23
|exp{i[φ1‑
φ2+arg{S
23
}]}；T
+
＝(1/8)|S
23
|exp{i[φ1+φ2‑
arg{S
23
}]}；其中arg{S1}是0或π，S
23
＝S2+iS3，根据T0～T
+
的表达式可得：T
21
＝(1/16)|S1|2exp(i2φ1)；
‑
T
‑
T
+
＝(1/64)|S
23
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，刘应开，易庭丰，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：