超光譜、全偏振、立體形貌的多模態成像研究

《超光譜、全偏振、立體形貌的多模態成像研究》是依託南京理工大學，由李建欣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超光譜、全偏振、立體形貌的多模態成像研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李建欣
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

光譜、偏振、形貌是目標特徵分析的重要物理參量，三者合一的多模態成像技術能夠把信息量從低維空間擴展至五維空間，有效增加目標感知和全面分析的手段，在生物醫學、材料分析、刑偵鑑定、食品和藥品安全、生物和文物考古等領域具有巨大的套用潛力。圍繞光譜、偏振、形貌的成像探測問題，本課題將研究一種新型多模態一體化成像原理和技術，採用色散剪下干涉、微偏振調製、結構光照明的思想，建立一種超光譜、全偏振、立體形貌的五維信息一體化成像模型，解決多尺度非線性光譜復原、全解析度偏振復原、寬光譜照明條紋形貌復原等多模態複合信息的復原問題，通過研製實驗裝置對課題的成像方法進行原理驗證和性能分析。課題的研究成果將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。

結題摘要

光譜偏振形貌融合成像技術集成了光譜成像技術、偏振成像技術和形貌成像技術，能夠同時探測目標的光譜信息、偏振信息以及立體空間信息，為目標的探測與識別提供豐富可靠的信息依據，在生物醫學、材料分析、刑偵鑑定、食品安全、文物考古等領域具有巨大的套用前景。本課題圍繞光譜、偏振、形貌的成像探測問題，研究一種新型多模態一體化成像方法，能夠同時獲取探測目標的高光譜、偏振及立體形貌五維全光信息。 為獲取目標的光譜信息，首先研究了基於色散剪下干涉的超光譜干涉成像技術，採用衍射元件作為色散元件加入到Sagnac剪下器中，實現光強信號的外差干涉調製。該技術增大了不同波長光束的光程差差異，使得能被分辨開的兩條譜線的波數間隔減小，從而將光譜解析度提高到亞納米級別。為實現偏振光譜信息的同步探測，在干涉成像的基礎上引入偏振調製技術，通過在成像系統中加入微偏振調製陣列，引入四組空間分離的線偏振態光譜，實現目標高光譜偏振信息的精細探測。為獲取目標的形貌信息，本課題提出一種基於干涉照明的光譜偏振形貌測量方法。研究了基於寬光譜干涉照明的新型高光譜成像原理，建立光譜信息與干涉信號之間的理論關係。研究了基於寬光譜干涉照明的三維形貌測量方法原理，建立形貌信息與干涉信號之間的理論關係。通過上述理論研究，建立一個高光譜、偏振、立體形貌的五維一體化成像模型。 在理論研究的基礎上，搭建相關實驗系統進行了驗證性實驗。首先搭建了基於Sagnac剪下器和衍射元件的超光譜干涉成像實驗系統，光譜範圍630~650nm，實驗系統的平均光譜解析度優於0.2nm。在此基礎上，設計了偏振調製系統，構建基於微偏振陣列的光譜偏振成像系統，探測目標的S0、S1和S2線偏振分量信息。搭建基於寬光譜干涉照明的三維形貌測量系統，對立體石膏像進行了成像測量，獲取到目標的光譜圖像和形貌分布結果。本課題的研究成果可以實現光譜、偏振和形貌信息的同步探測，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。