專利名稱：一種全偏振圖像測量系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全偏振圖像測量系統。
背景技術：
隨著全球氣候異常變化和極端氣象的頻繁出現，監測大氣環境，空間水系 成為遙感領域中各國爭相研究的熱點問題。偏振測量技術在大氣遙感測量與研 究中具有其它遙感方式無法比擬的獨特優勢，能夠利用對光波偏振特性的測量 與計算獲得更為豐富的遙感信息。偏振相位本身包含其他參量未有的重要的信 息，再與多光譜技術結合，可以準確的反應溫度分布，雜質分布，流體分布等 參量。然而國外已投入使用的可旋轉線偏振器測算獲得的偏振度數據還不足以 反應實際存在的偏振參數狀況，尤其是無法判斷偏振相位信息。 發明內容
本實用新型的目的在于提供了一種全偏振圖像測量系統，它利用一系列偏 振光學元件組合而成，用以測量物體的偏振信息，達到準確測量物體的目的。 為了達到本實用新型的目的，本實用新型所采用的技術方案是 入射光依次通過鏡頭、電光調制器和偏振分光棱鏡后分為兩路， 一路透射
到達第一面陣光電轉換器CCD，另一路反射到達第二面陣光電轉換器CCD，兩 個面陣光電轉換器CCD分別與計算機輸入端相連，計算機與電壓控制模塊相連， 電壓控制模塊與控制電光調制器相連，控制電光調制器(3)的工作參數，將獲得 的信息處理后顯示在計算機的顯示器上。
該系統的鏡頭電光調制器，偏振分光棱鏡，第一面陣光電轉換器CCD和第 二面陣光電轉換器CCD在同一光學主軸上。
所述鏡頭為長焦鏡頭或魚眼鏡頭。
所述電光調制器為共面電極型壓電陶瓷材料光圓偏振調制器。
偏振分光棱鏡的檢偏方向與電光調制器的晶體光軸成兀/8的夾角。
在鏡頭前配置波長范圍為390nm-780nm的濾光片。 在偏振分光棱鏡上與第二面陣光電轉換器CCD相對的表面上疊加擋光板。
所述電壓控制模塊包括DB9端口模塊、MAX232模塊、78L09模塊、兩塊 DAC0823模塊、兩塊NCE5532模塊、89C51模塊、兩塊78L09模塊、7905模 塊和78L115模塊；其中兩塊DAC0823模塊分別與89C51模塊連接，MAX232模塊與89C51模塊相連，DB9端口模塊輸入與計算機輸出端口相連，78L09模 塊輸出端口與電光調制器的輸入端相連。 本實用新型具有的有益效果是
由于現有的偏振測量主要局限于線偏振的測量，所獲得的偏振信息無法反 映偏振相位參量的信息。本實用新型設計的全偏振測量系統，通過對全偏振信 息的測量和采集，使得能夠更全面的獲取物體的全偏振信息。
由于不同目標物表面將入射光反射后的偏振特性不同，所以用本實用新型 采集后會獲取不同的偏振光學特性。通過信息處理技術提取相關偏振圖像信息， 可以實現對不同的待測物體進行探測。這一全偏振圖像測量系統成本較低，操 作簡單，特征準確，為遙感的測量研究帶來極大便利，同時還具有一定的普適 性，可以應用于各種光學結構中，例如顯微鏡、交通道路狀況成像、水下成像 等領域。
圖1是本實用新型的結構原理示意圖。
圖2是本實用新型系統的電光調制器快軸方向與偏振分光鏡透振方向夾角 關系示意圖。
圖3是本實用新型的電壓控制模塊電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1、圖2所示，本實用新型入射光1依次通過鏡頭2、電光調制器3和 偏振分光棱鏡4后分為兩路， 一路透射到達第一面陣光電轉換器CCD 5，另一 路反射到達第二面陣光電轉換器CCD 6，兩個面陣光電轉換器CCD分別與計算 機輸入端相連，計算機與電壓控制模塊9相連，電壓控制模塊9與控制電光調 制器3相連，控制電光調制器3的工作參數，將獲得的信息處理后顯示在計算 機的顯示器上。該系統的鏡頭2電光調制器3，偏振分光棱鏡4，第一面陣光電 轉換器CCD 5和第二面陣光電轉換器CCD 5在同一光學主軸上。
所述鏡頭2為長焦鏡頭或魚眼鏡頭。所述電光調制器3為共面電極型壓電 陶瓷材料光圓偏振調制器。偏振分光棱鏡4的檢偏方向與電光調制器3的晶體 光軸成tt/8的夾角。在長焦鏡頭2前配置波長范圍為390nm - 780nm的濾光片7。 在偏振分光棱鏡4上與第二面陣光電轉換器CCD6相對的表面上疊加擋光板8。
如圖3所示，所述電壓控制模塊9包括DB9端口模塊、MAX232模塊、78L09 模塊、兩塊DAC0823模塊、兩塊NCE5532模塊、89C51模塊、兩塊78L09模塊、7905模塊和78L115模塊；其中兩塊DAC0823模塊分別與89C51模塊連接， MAX232模塊與89C51模塊相連，DB9端口模塊輸入與計算機輸出端口相連， 78L09模塊輸出端口與電光調制器3的輸入端相連。 實施例
如圖1示出了本實用新型的原理結構圖，入射光1由Nikon400mm長焦鏡 頭2采集，將待測物體對入射光的反射光采集進入系統通過液晶電光調制器3， 液晶電光調制器3由電壓控制器控9制實現三個偏振調制相位的相互切換。調 制器快軸方向與偏振分光棱鏡4的o光透振方向成兀/8的角度，并利用鍵合技術 將調制器的玻璃表面固定在偏振分光棱鏡表面，相對位置如圖2所示。由第一 面陣光電轉換器CCD 5和第二面陣光電轉換器CCD 6同步采集光強信息并進行 信息處理，最終將全偏振信息呈現到計算機上，由計算機對所采集的圖像信息 進行計算、存儲及顯示。
所設計的系統各元件參數如下
建立正交坐標系XOY，水平方向為OX方向，豎直方向為OY方向。 電光調制器的快軸方位角與OX軸夾角0為45°。調制相位量S分別為7T/4、
3兀/4、 0，這三個量的控制分別對應電壓為3.6v、 4.8v、 9.2v。此三個調制相位點
的MM//CT矩陣分別為
O 0 00 ' 0 10 0
0 0
0 0 -
《=3s74,6=;r/4
卩l 0 0 0 '
0 10 0
0 0 -*/2
0 0 -
10 0 0 0 10 0 0 0 10 0 0 0 1偏振分束棱鏡具有兩個出光面，即o/e光。選擇o光透振方向與OX軸夾角 為兀/8，此時e光透振方向與OX軸夾角為5ti/8，因此，在兩個出光面上可以建 立如下的肘1^//^矩陣
0、
11/41/4 0
1/41/4 0
00 0乂
1-#0、
1/41/40
1/41/40
、000
如果設定待測入射光線(即CCD可獲得圖像的其中一個像素點)的 矢量為5HSo，&,&,&]t，且CCD1和CCD2分別測量到光強信號厶與A時，有如 下的光強關系
l乂 =M
結合三個相位點的調制，每個像素點都可以得到6個光強的方程，艮P:
—1/2V^/40 一
1/2-#0、]
421/21/4
八21/2-#_1/4
1/21/4&」
—1/2-#-1/4_
根據上述方程組就可以獲得入射光全偏振信息的Sto&w矢量: 《0 =人H-。
其中，電光調制器的調制點選取是以方程組計算時，表征5tofes參量的元素 最少為準則，這樣不但能夠減少計算的次數，更能大大降低由計算帶來的相關 誤差。通過上述方法所獲取的Sto^J矢量，可以計算任意的偏振參數，其中
(a) 偏振度尸/^(S+g+gV'VSo
(b) 偏振傾斜角p:當&〉0時，p二l/2arcsin(^/S。尸cos2/ ); 當& <0且&>0時，p =/ 2arccos(S / S。尸cos 2/ );
當&<0且5"2<0時，p = ;r/2 —1/2arcsinO 2/S。尸cos2/ )。
(c) 偏振相位角3:當&>0時J-arcsinC&A^/TT;); 當&<0且&>0時，5 = arccos(S2/2^7^);
當&<0且&<0時，(5-;r-arcsinS3/2^/T^ 。
(e)偏振橢圓率角"因該參數處在[-7T/4,7T/4]范圍內，故
在工作時，電光調制器的受計算機控制，使得三個控制電壓切換工作，以 達到改變偏振方向的目的。本實施例中，當使用者使用的電光調制器不同時(如 GaAs材料、LiNi03材料、液晶材料等等)，調制器的工作特性會有所差異，根 據器件特性選擇工作點和快軸的裝配角度可能與本實施例不同，這些數據不具 有特定性，但都是利用電光調整的特性實現全偏振信息測量。
上述實施例用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在 本實用新型的精神和權利要求的保護范圍內，對本實用新型做出的任何修改和 改變，都落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1、一種全偏振圖像測量系統，其特征在于入射光(1)依次通過鏡頭(2)、電光調制器(3)和偏振分光棱鏡(4)后分為兩路，一路透射到達第一面陣光電轉換器CCD(5)，另一路反射到達第二面陣光電轉換器CCD(6)，兩個面陣光電轉換器CCD分別與計算機輸入端相連，計算機與電壓控制模塊(9)相連，電壓控制模塊(9)與控制電光調制器(3)相連，控制電光調制器(3)的工作參數，將獲得的信息處理后顯示在計算機的顯示器上。
2、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于該系統 的鏡頭(2)電光調制器(3)，偏振分光棱鏡(4)，第一面陣光電轉換器CCD(5)和第 二面陣光電轉換器CCD(5)在同一光學主軸上。
3、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于所述鏡 頭(2)為長焦鏡頭或魚眼鏡頭。
4、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于所述電 光調制器(3)為共面電極型壓電陶瓷材料光圓偏振調制器。
5、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于偏振分 光棱鏡(4)的檢偏方向與電光調制器(3)的晶體光軸成Ti/8的夾角。
6、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于在鏡頭(2)前配置波長范圍為390nm - 780nm的濾光片(7)。
7、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于在偏振 分光棱鏡(4)上與第二面陣光電轉換器CCD(6)相對的表面上疊加擋光板(8)。
8、 根據權利要求1所述的一種全偏振圖像測量系統，其特征在于所述電 壓控制模塊(9)包括DB9端口模塊、MAX232模塊、78L09模塊、兩塊DAC0823 模塊、兩塊NCE5532模塊、89C51模塊、兩塊78L09模塊、7905模塊和78L115 模塊；其中兩塊DAC0823模塊分別與89C51模塊連接，MAX232模塊與89C51 模塊相連，DB9端口模塊輸入與計算機輸出端口相連，78L09模塊輸出端口與 電光調制器(3)的輸入端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種全偏振圖像測量系統。由一系列光學器件組合而成，入射光首先通過鏡頭采集，鏡頭上帶有濾光片，選取特定波長的光。鏡頭將目標物上的光線采集進入系統并通過電光調制器，電光調制器受控，可以調制輸出光束相位。然后此光通過偏振分光棱鏡出射o光和e光圖像，分別由兩個CCD同步采集光強信息，最終將偏振信息處理并呈現在計算機上。由于不同目標物表面將入射光反射后的偏振特性不同，所以用本實用新型采集后會獲取不同的偏振光學特性。通過信息處理技術提取相關偏振圖像信息，可以實現對不同的待測物體進行探測。這一全偏振圖像測量系統成本較低，特征準確，為遙感的測量研究帶來極大便利，還具有一定的普適性。
文檔編號G01J4/00GK201322649SQ200820170850
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者李宇波, 楊建義, 江曉清, 輝 苗, 賈文建, 力 陳 申請人:浙江大學