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[分享] 《光学学报》2017年第10期Highlight文章:突破限制,实现“双高”偏振成像

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式

突破限制,实现“双高”偏振成像

干涉光谱成像技术是结合光谱处理技术和成像技术的多维信息获取处理技术,它可以获得二维空间信息及一维光谱信息,得到目标的三维数据立方体,且具有高通量和多通道的优点。干涉型偏振成像技术在干涉光谱成像技术的基础上,能够获得目标的第四维偏振信息,可以更好地对目标进行识别鉴定,该技术在天文物理研究、地球资源普查和生物医学等领域具有巨大的发展潜力。

但是,常规的干涉型偏振成像技术在获取目标偏振信息的同时通常损失光谱成像的空间分辨率或光谱分辨率,因此,研究一种高空间分辨率、高光谱分辨率的偏振光谱成像技术具有重要意义。

为此,南京理工大学李建欣博士课题组提出基于双通道剪切干涉方法,在实现偏振成像的同时,获得4倍于偏振图像分辨率的光谱图像,大幅提高光谱成像的空间分辨率,为突破光谱偏振成像技术的空间分辨率限制提供数据参考。同时系统的双通道优势将进一步拓展光谱偏振成像仪的应用领域,提高系统在各领域的应用能力。具体研究成果发表在光学学报第十期

在实验中,通过在干涉成像光路中加入双矩形干涉器实现双通道剪切干涉,其中一个通道进行光谱成像,另一个通道通过在探测器靶面前加入微偏振阵列实现偏振成像。实验通过推扫获取目标的干涉图像,光谱成像通道复原获得目标在可见光谱段范围内的20个波段光谱图像,光谱分辨率20nm,图像分辨率950×950像素。偏振成像通道分别在20个波段处提取该波段的3个Stokes分量(S0、S1、S2)图像,图像分辨率为370×370像素。结果表明,该高光谱偏振成像技术可以在进行偏振成像时同步进行高分辨率光谱成像测量。

如图1,目标光线经过前置光学系统后准直为平行光进入双通道剪切干涉系统,由分束镜BS1分为两路后分别传播,最后由分束镜BS2出射形成两组横向剪切光束。光线在双通道剪切器中的传播路径形成两个矩形,所以该结构被命名为双矩形横向剪切分束器。通道1用于干涉光谱成像,通道2用于偏振成像,偏振成像通道在探测器靶面前放置微偏振阵列(Micro-polarization Array, MPA)作为偏振调制器获取偏振信息,每个偏振调制单元包括四个偏振方向不同的线偏振子单元,同时每个子单元对应探测器靶面的一个像素。探测器获得的偏振调制图像包含探测目标的四个方向线偏振信息,通过偏振解调,获得目标的偏振图像。

实验系统对由红、绿、蓝三色色块以及两副线偏振3D眼镜构成的场景进行光谱偏振探测实验,图2所示为实验中通道1所获得目标3个波段处的光谱图像,以及通道2所获得目标在3个波段处的3个Stokes分量(S0、S1、S2)图像。可以看出,通道1获得的光谱图像具有高的清晰度,系统在获取目标偏振信息的同时提高了光谱成像的空间分辨率。

研究人员表示,后续将利用系统的双通道特点,继续丰富仪器功能,提高仪器的应用能力。如两个通道可以分别作为不同谱段探测使用,一路用于接收可见光波段的信息,另一路用于接收红外波段的信息;两个通道也可以用来进行视场分割,从而扩大系统视场;还可以分别获取相同目标不同视角图像,完成立体成像探测。

论文信息:刘成淼,李建欣,朱日宏,崔向群. 基于双通道剪切干涉的高光谱偏振成像方法[J].光学学报,2017,37(10):1011002.


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