專利名稱：聲光偏振光譜相機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲光偏振光譜相機，可以在可見或近紅外波段，采集待測目標的偏振、光譜、圖像數(shù)據(jù)，推演待測目標的表面粗糙度、紋理走向、表面取向、表面電導率、材料的含水量、理化特性等信息?？蓱?yīng)用領(lǐng)域包括大氣探測、海洋考察、地球資源調(diào)查、災害的預測、醫(yī)學診斷，軍事目標探測與識別、圖像理解等。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的成像技術(shù)僅提供目標的顏色、強度和空間相對位置信息等物理量，無法獲取到待測目標的物化特性、表面形貌、光譜特性等信息。本專利涉及一種聲光偏振光譜相機，結(jié)合了遙感影像技術(shù)、偏振測量技術(shù)、聲光光譜探測技術(shù)，可同時獲取成像、光譜、偏振三種物體光學特性，為識別具有復雜背景的探測目標提供了一種新的手段。本發(fā)明之聲光偏振光譜相機主要由光學成像部分、檢偏部分、分光部分、成像部分和計算機控制與數(shù)據(jù)處理部分組成。利用尼科耳棱鏡作為檢偏器，在獲得待測目標偏振信息的同時，減小雜亂背景的影響，提高目標和背景的偏振對比度。當太陽光照射待測目標時，散射光偏振狀態(tài)發(fā)生改變，該偏振態(tài)攜帶了待測目標的物化特性和表面形貌信息，進而可以從它的偏振圖像中解析目標的表面粗糙度、紋理走向、表面取向等信息。利用聲光可調(diào)濾波器作為分光器件，根據(jù)聲光相互作用原理，依靠超聲波頻率的變化對透射光波長進行選擇，對不同波長下的偏振圖像進行掃描，可獲取待測目標的光譜信息。即在波長一定的情況下，橫向獲取不同偏振角度的偏振圖像；在偏振角度一定時，縱向獲取各個波段下的光譜圖像，從而得到一個全面反映待測目標光學特性的圖庫。其中檢偏技術(shù)與聲光可調(diào)濾波技術(shù)等單項均已成熟。本發(fā)明中以太陽光作為光源，照射在待測目標的反射或散射光由成像系統(tǒng)整合， 入射到檢偏器中，由計算機控制偏振器的偏振方向，形成的偏振光入射到聲光可調(diào)濾波器中，聲光可調(diào)濾波器受計算機輸出的超聲波控制，對入射光進行衍射，將偏振光衍射成帶有光譜信息的出射光，該出射光攜帶待測目標反射光的偏振特性以及光譜特性，經(jīng)CCD面陣探測器采集獲得其偏振光譜圖像。CCD將采集到的單色偏振光譜信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸入到計算機中，完成成像條件的控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算以及數(shù)據(jù)歸檔。綜上所述可以看出，本發(fā)明所涉及的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)成熟，該發(fā)明專利是可實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之聲光偏振光譜相機是由光學成像部分、檢偏部分、分光部分、成像部分和計算機控制與數(shù)據(jù)處理部分組成。本發(fā)明采用的偏振部件是尼科耳棱鏡。一般日光和普通照明光源均是自然光，沒有偏振特性，也就是各個方向偏振的光強分布相等。當日光或者其他普通照明光源輻照到目標上后，根據(jù)菲聶爾反射定律，反射光的偏振態(tài)會受到反射體表面性質(zhì)的調(diào)制。該反射光經(jīng)尼科耳棱鏡形成表征反射體的性質(zhì)的線偏振光，可獲得反映反射體表面性質(zhì)的偏振光圖形分布。
本發(fā)明采用聲光可調(diào)濾波器作為分光部件，它利用了聲波在介質(zhì)中傳播時對入射光的布拉格衍射作用，當換能器輸入的超聲波入射角和頻率一定時，有唯一的入射光被衍射，而擋掉其他部分的光，達到了分光作用。當改變超聲波頻率時，被AOTF衍射的光波長也相應(yīng)改變，這樣就起到了光譜掃描的作用。本發(fā)明中經(jīng)尼科耳棱鏡檢偏的復色線偏振光通過聲光可調(diào)濾波器后，分成單色波長的衍射光，入射到CCD的焦平面上，從而獲得待測目標的偏振光譜圖像。結(jié)合光譜成像技術(shù)和偏振測量技術(shù)，聲光偏振光譜相機具有全固態(tài)、無移動部件、 抗震性能好、環(huán)境適應(yīng)能力、準確度高、信息量豐富等優(yōu)點。


附圖1是聲光偏振光譜相機結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是聲光偏振光譜相機結(jié)構(gòu)框圖；附圖3是聲光可調(diào)濾波器；附圖4是尼科耳棱鏡；附圖5聲光偏振光譜相機流程圖；附圖6水下圖像的強度彩色圖(a)、某偏振角度彩色圖(b)和某波長下偏振光譜圖 (C)對比。
具體實施例方式以測量植物的偏振光譜圖像為例，給出
具體實施例方式第一步啟動自動控制程序，同時啟動檢偏器、聲光可調(diào)濾波器和CCD面陣探測器；第二步將成像光學系統(tǒng)對準待測目標，調(diào)整好圖像尺寸和位置，同時調(diào)整焦距， 使得系統(tǒng)清晰成像；第三步計算機根據(jù)需求設(shè)定某個超聲波頻率，改變偏振角度，采集每一角度的偏振圖像；
像；
第四步計算機設(shè)定某個偏振角度，改變超聲波頻率，采集每一波長下的光譜圖
第五步將測量結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中； 第六步對測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理、分析。
權(quán)利要求
1.一種聲光偏振光譜相機，其特征在于主要由光學成像部分O)、檢偏部分(3)、分光部分(4)、成像部分(5)和計算機控制與數(shù)據(jù)處理部分組成。該聲光偏振光譜相機以光學成像系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加入尼科爾棱鏡作為檢偏環(huán)節(jié)，并加入AOTF作為分光環(huán)節(jié)，將同時獲得待測目標的光譜偏振特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學成像部分，其特征在于用于匯集待測目標的反射或散射光，將其整形為近平行光，入射到檢偏器中。要求焦距AF/MF 80-200讓，光圈2.8，消色差ED (低色散鏡片)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢偏部分，其特征在于利用尼科爾棱鏡作為系統(tǒng)的檢偏器， 偏轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)速受計算機控制，可通過改變偏轉(zhuǎn)的角度濾除其他偏振態(tài)的入射光信息，獲得待測目標的偏振圖像。要求口徑5cm，橢偏度1/200，厚度1mm，轉(zhuǎn)速5c/m，定位精度 0. 02°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尼科爾棱鏡，其特征在于平行于棱邊的入射光進入晶體后， 對應(yīng)垂直偏振態(tài)的ο光將以大于臨界角的入射角投在剖面上，它將因全反射而偏折到棱鏡的側(cè)面，由黑色涂料將它吸收；對應(yīng)平行偏振態(tài)的e光，由于與光軸的夾角足夠大，在晶體內(nèi)的折射率小于加拿大膠內(nèi)的折射率，從而不發(fā)生全反射，于是從尼科耳棱鏡另一端射出的是單一的線偏振光，并將其入射到聲光可調(diào)濾波器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分光部分，其特征在于采用聲光可調(diào)濾波器作為分光儀，利用超聲波在聲光晶體中傳播時形成體光柵結(jié)構(gòu)，對入射光進行布拉格衍射，從而達到分光效果，并且其超聲波頻率與衍射光波長一一對應(yīng)，改變超聲波頻率即可連續(xù)掃描光譜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲光可調(diào)濾波器，其特征在于采用TeO2作為分光晶體，透射光譜范圍為0. 35 μ m 5 μ m。壓電換能器在晶體的一端提供超聲波，晶體的另一端添加泡沫狀的吸聲體，使超聲波在晶體中以行波的形式傳播。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TeO2分光晶體，其特征在于調(diào)節(jié)加在晶體上的超聲波頻率， 相應(yīng)的入射光波長被衍射成士 1級衍射光，透射的零級光和+1級衍射光的總能量用擋光板吸收，減小對-1級衍射光的干擾，-1級光入射到CCD探測器上，進行偏振光譜圖像采集。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像部分，其特征在于利用CCD面陣探測器作為成像器件， 為解決CCD器件自身強烈的偏振敏感性，通過鍍上一層低折射率膜層的方法對CCD器件做表面改性，減小其偏振特性，同時匹配光學成像系統(tǒng)的參數(shù)，使得其像場光線小角度入射到 CCD表面，兩種措施綜合應(yīng)用解決CCD探測器的偏振特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機控制與數(shù)據(jù)處理部分，其特征在于根據(jù)設(shè)定參數(shù)，控制檢偏器的偏振方向，并輸出與所需波長對應(yīng)的超聲波頻率，作用于聲光可調(diào)濾波器，輸出單色偏振光譜圖像，控制CCD探測器采集圖像，并對所采集的圖像進行數(shù)據(jù)提取、處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聲光偏振光譜相機，是結(jié)合成像、光譜、偏振三種光學探測技術(shù)于一體的系統(tǒng)，可同時實現(xiàn)在可見光以及近紅外波段獲取待測目標的表面形貌信息及其反射光的偏振信息和光譜信息。本發(fā)明其特征在于，將偏振成像技術(shù)與光譜成像技術(shù)有機結(jié)合起來，在該技術(shù)提供的光譜偏振圖像中，可獲取有關(guān)目標反射或散射光的偏振、光譜及圖像信息，不但具有很高的空間分辨率和光譜分辨率，而且提高了圖像的清晰度、對比度和探測距離。其中分光部分采用聲光調(diào)制分光技術(shù)，聲光可調(diào)濾波器具有體積小、重量輕、全固態(tài)、無移動部件、抗震性能好、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點。本發(fā)明可應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣探測、海洋考察、地球資源調(diào)查、災害的預測、醫(yī)學診斷，軍事目標探測與識別、圖像理解等。
文檔編號G01J3/26GK102226718SQ201110079509
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者任玉, 張喜和, 張宇, 徐立君, 石曉光, 蔡紅星, 郭沫然, 魏艷玲 申請人:長春理工大學