光譜與偏振信息的融合成像及精細復原

《光譜與偏振信息的融合成像及精細復原》是依託南京理工大學，由李建欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光譜與偏振信息的融合成像及精細復原
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李建欣
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

光譜和偏振輻射特性是識別目標的重要光學參量，融合光譜和偏振信息的成像光譜偏振探測技術能有效利用兩者的互補性，提高在複雜背景環境中有效識別目標的能力，在軍事偵察、災害估計、資源調查等領域將發揮重要作用。圍繞目標的光譜和偏振信息探測問題，本項目研究一種能夠探測高光譜、全Stokes偏振信息的融合成像方法。在像面干涉型成像光譜技術的基礎上，研究利用光場成像的原理引入全Stokes偏振信息探測探測方法；對具有不同光譜寬度的目標採用壓縮採樣的方法進行干涉信號推掃和復原，提高像面干涉型成像光譜技術探測效率；研究干涉型成像光譜技術中光譜高精度復原方法和超解析度復原方法；形成一種多尺度高光譜、全Stokes偏振信息的精細探測技術。本項目是對高光譜成像探測和光譜信息復原的更進一步研究，對拓寬干涉成像光譜偏振技術的思路具有積極意義。

結題摘要

光譜偏振融合成像技術集成了光譜成像技術和偏振成像技術，能夠同時探測目標的圖像信息、光譜信息以及偏振信息，為目標的探測與識別提供豐富可靠的信息依據，在環境監測、精準農業、偽裝識別及礦物勘探等領域具有巨大的套用前景。本項目圍繞光譜偏振融合成像問題，提出一種基於光場成像的光譜偏振成像方法，能夠同時獲取探測目標的高光譜、全Stokes偏振信息。 為獲取目標的光譜信息，本項目首先研究了視場調製干涉成像技術的基本原理，提出基於二次成像的視場調製干涉成像光譜方法，可用於遠場、近場及顯微成像光譜探測。為實現偏振光譜信息的同步探測，在光場成像的基礎上引入偏振調製技術，通過在成像系統中加入四組偏振元件，引入四組空間分離的偏振態光譜，實現目標高光譜、全Stokes偏振信息的精細探測，避免了通道偏振調製干涉成像光譜偏振技術中可能出現的偏振光譜干涉信號混疊的問題。此外，根據偏振調製組件特點，研究了偏振調製方案的最佳化方法。針對系統不同推掃模式下干涉信息的提取問題，研究了一種干涉圖像亞像素級配準方法，提高幹涉信息的提取準確度。針對偏振調製組件中存在的偏振元件角度誤差，提出了基於傅立葉級數的玻片快軸與偏振片通光軸之間夾角的精確標定方法，用於計算偏振調製組件準確的系統矩陣，提高Stokes偏振參量光譜信息的計算精度。針對窄頻寬偏振光譜信號存在採樣冗餘的問題，提出了窄頻寬偏振光譜壓縮採樣方法，研究了多個非重疊窄頻寬偏振光譜干涉信號壓縮採樣頻率的計算方法，分析結果表明，在壓縮採樣情況下，復原窄頻寬偏振光譜與模擬偏振光譜具有較高的吻合度。 在理論研究的基礎上，本項目搭建了相關的實驗裝置進行了原理驗證性實驗。首先搭建了Sagnac型視場調製干涉成像光譜實驗裝置，光譜範圍為450-700nm，平均光譜解析度優於8nm。在此基礎上設計了偏振調製組件，構建了基於光場成像的成像光譜偏振裝置，探測目標的S0、S1、S2和S3偏振分量信息。利用實驗裝置對室內目標進行了成像光譜偏振探測，目標場景的偏振光譜復原圖像準確清晰，所構建的數據立方體能夠真實反映出對應目標的光譜及偏振特性。本項目的研究成果可以實現光譜信息、偏振信息以及圖像信息的同步探測，為高維信息成像及精細目標分析提供一種新的研究思路及技術途徑。