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《全偏振態(tài)同時探測實時彩色偏振成像技術研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、全偏振態(tài)同時探測實時彩色偏振成像技術研究巨海娟1,2，梁健1,2，張文飛1,2，白兆峰1，任立勇1，屈恩世1(1.中國科學院西安光學精密機械研究所信息光子學研究室,西安市710119；2.中國科學院大學,北京市100049)摘要:偏振光學成像技術作為一種新型的光學成像技術，通過對光波偏振特性的探測，增加了信息的探測維度，有利于全面、準確地獲取目標的信息。文中闡述了偏振成像的探測方法，典型偏振成像系統(tǒng)的分類；詳細介紹了一種基于Stokes矢量方法的分孔徑全偏振態(tài)同時探測的實時彩色偏振成像相機；利用該相機進行了全偏振度成像實驗和偏振去霧成像實驗。實驗表明全偏振態(tài)同
2、時探測偏振成像技術在提高成像探測距離、目標細節(jié)獲取及恢復等方面具有一定優(yōu)勢，能夠為現代光學成像探測系統(tǒng)提供重要的技術補充。關鍵詞:偏振成像；全偏振態(tài)；同時探測；分孔徑PACS:42.30.-d中圖法分類號:0436文獻標識碼：A0引言偏振光學成像技術是一種近年來快速發(fā)展的新型光學成像技術。傳統(tǒng)光學強度成像是通過探測反射、輻射光強的二維空間分布來獲得圖像的；偏振光學成像在傳統(tǒng)強度成像基礎上增加了偏振信息維度，不僅能獲得二維空間光強分布，還能獲得目標反射光的每一點的偏振信息。偏振特性作為光波的一種固有特性，在光波與目標物質相互作用時，由于不同物質的幾何形狀、表面粗
3、糙度、結構和材質等不同，反射光的偏振特性會存在一定的差別。利用偏振信息可以分析目標的物理特性，結合空間特性，可對目標進行有效的探測和識別[1]，或者在復雜環(huán)境中有效檢測和識別常規(guī)成像技術無法識別的目標。因此，在目標探測[2-4]、生物醫(yī)學[5-8]、三維重構[9,10]、去霧成像[11-14]及大氣光學[15]等領域，偏振光學成像技術展現出廣泛的應用前景，成為國內外關注的研究和應用開發(fā)熱點[16-19]。早期的偏振成像系統(tǒng)一般只獲取目標的線偏振特性，而在一些人造目標及金屬目標的探測中，目標的圓偏振特性是一個非常重要的特征信息，因此，全偏振探測成像技術成為偏振光
4、學成像領域的一個研究熱點[20-23]?；谌玈tokes矢量的全偏振探測成像技術，主要是通過拍攝多幅（一般三幅或四幅）經不同偏振態(tài)調制后的強度圖像并進行偏振信息提取來實現的。常用的全Stokes矢量偏振成像方案主要有分時獲取和同時獲取兩種。對于分時偏振成像系統(tǒng)，由于不能在同一時刻獲取所有的偏振圖像，因此只適用于靜態(tài)場景偏振信息的探測，不適用于動態(tài)目標場景的探測。因此，多幅偏振圖像的同時獲取和偏振信息的實時提取成為偏振光學成像探測技術實用化的重要條件。文中闡述了偏振成像的基本原理，詳細介紹了一種分孔徑全偏振態(tài)同時探測實時彩色偏振成像相機，實驗驗證了該相機在全偏
5、振度成像實驗和偏振去霧成像實驗的有效性。1偏振成像基本原理1.1偏振光及其描述方法光是一種電磁波，光的干涉和衍射現象說明了光的波動性，而光的偏振現象又揭示了光的橫波特性。光的偏振特性反映的是光與物質相互作用過程中，光矢量的幅度和方向隨光傳播的變化情況。一般為了說明偏振光，采用與光波傳播方向垂直的兩個分量（例如x,y軸分量）的時間平均來描述偏振狀態(tài)。沿z軸方向傳播的光，可以認為是由x軸（水平軸）和y軸（垂直軸）方向振動的兩支光波合成的。在一個定態(tài)的單一頻率的振動中，兩個分量也是定態(tài)的，且保持一定的相位關系。相互正交的兩分量可以用下式表示：------------
6、---------------------收稿日期：****-**-*；修返日期：****-**-*基金項目：國家自然科學基金（61505246,61535015，61275149）作者簡介:巨海娟(1988－)，女，甘肅慶陽人，工程師，碩士，主要研究領域為偏振光學技術.juhaijuan@opt.ac.cn,(1)其中，j1和j2分別是x和y方向的初相位。定義j=j1-j2為x方向和y方向之間的初相位差。兩分量都在z方向傳播，合成的光波動為：(2)消去，得到下式：.(3)這里，當j為一個常量時，(3)式為一個橢圓方程，光矢量是橢圓偏振的（如果j是p的整數倍，
7、則表示光矢量是線偏振的；當E0x=E0y，j=±p/2時，光矢量是圓偏振的）；當光波中既包含非偏振光，又包含偏振光，就稱為部分偏振；當j為隨機數時，產生的光矢量為非偏振的。定量描述光的偏振態(tài)的方法主要有Jones矢量法和Stokes矢量法。Jones矢量主要用于描述完全偏振光，而Stokes矢量既可以表示完全偏振光，也可以表示部分偏振光，還可以表示非偏振光。自然界中輻射或反射光大多數為部分偏振光，其攜帶的豐富信息可以通過Stokes矢量完全地表示出來，故偏振成像探測技術中一般采用Stokes矢量來描述其偏振態(tài)。1.1偏振成像探測方法Stokes矢量利用4個獨立
8、的參量S0，S1，S2和S3描述光的偏
