基于双折射晶体的矩阵式快照成像光谱偏振技术特性研究

The matrix-snapshot spectro-polarimetric imaging system is a new means of acquiring high-dimensional optical information, due to the principle of using polarization birefringence beam splitter, while, we can obtain the target’s spectral image data cube also get its polarization information. The core component of the technical solution is the beam splitter which is combined by a polarization and a birefringent prism. The system has no slit. Its flux can be controlled. We can achieve the dynamic targets’ snapshot images, spectrum and polarization information without the subsequent inversion algorithm. We establish a simulation model of a matrix snapshot imaging spectrometer polarization system based on birefringent crystal and a mathematical model of cascades of multiple beam splitters. We study the prism machining errors’ effects on aliasing image, analyze the impact of the selection of polarizer on optical system energy and MTF, and research a new mechanism of polarization spectroscopy to characterize the target.

基于双折射晶体分光的快照式成像光谱偏振技术是一种新型高维光学信息获取手段，由于利用偏振双折射原理进行光束分离，在获得目标景物光谱图像数据立方体的同时还得到了其偏振信息。该技术方案的核心组件是光束分离器由偏振片和双折射棱镜组成，系统中没有狭缝，光通量可以控制，无需后续的反演算法，可以直接实现对动态目标的快照式图像、光谱和偏振信息获取。本课题建立基于双折射晶体的矩阵式快照成像光谱偏振仪的仿真模型和多个光束分离器级联的数学模型，重点研究棱镜加工误差对图像混叠的影响，定量分析偏振片选配对光学系统能量、调制度的影响，以及偏振光谱图像对目标景物表征的新机理。

本项目是基于 Wollaston 棱镜的图像复分快照式成像光谱技术，最大的特点 是一次成像可以获得同一目标景物不同波长下的景物，不需要从复杂的数据立方 体中解算，即实现快照式。项目进展顺利，完成了项目要求的所有研究计划，包括成像全系统详细方案设计；定标系统的初步搭建；光、机、电等各个分系统加工、装调，全系统装调及成像试验。原理验证系统的设计、加工指标符合项目要求，研究任务已经全部完成。.利用出射光线偏振度的定标参数修正高光谱数据的偏振特性，针对不同的目标特征，建立光谱偏振度与光谱反射率之间的关系，提取目标特征表征参数，对于目标精确识别具有很重要的意义。偏振信息结合光谱信息，增加了信息的维度，提高了目标与背景的反射光特性的差异，有利于提高光学系统识别目标的能力。.航天航空层面的空间态势感知、空间活动目标遥感侦察和空间应用安全探测等军事应用领域，灵活运动的目标越来越多，例如无人驾驶飞机、飞行器、火箭导弹、航天器以及废弃航天器碎片等运动位置变化的目标，是空间安全监测和感知的主要对象。而现有光谱成像器件存在一定的局限性。.而本项目支持研制的系统，作为一类新型快照光谱成像仪，成像速度快，探测器上每个单一像素的空间景物信息和光谱波段信息有一一确定关系，输出图像无需后续数据处理任务，可以直接应用，可视性强；另外该技术无狭缝，无运动部件，结构简单，仪器的体积、重量、功耗等等，都十分容易控制，满足各种小型设计需求