基于AOTF的光譜偏振成像系統(tǒng)及其成像質(zhì)量研究.pdf

1、光譜偏振成像（SpectroPolarimetric Imaging，SPI）技術(shù)是一種集空間、光譜和偏振三維一體的現(xiàn)代光電測(cè)量技術(shù)，在太空探測(cè)、地物遙感、化學(xué)分析、國(guó)防軍事等光電探測(cè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。液晶相位可變延遲器（Liquid Crystal Variable Retarde，LCVR）和聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-Optic Tunable Filter，AOTF）作為SPI中相位調(diào)制和光譜選擇的核心部件

2、，其工作特性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精確性和穩(wěn)定性。其中，AOTF色散引起的系統(tǒng)成像質(zhì)量下降、不同波長(zhǎng)圖像清晰度差異，是造成系統(tǒng)實(shí)用性下降的重要因素。因此，如何提高系統(tǒng)成像質(zhì)量、如何實(shí)現(xiàn)在不同波長(zhǎng)下圖像始終清晰，進(jìn)而使所成圖像為目標(biāo)物體在該波長(zhǎng)下的真實(shí)灰度圖像，是以AOTF為分光器件的光譜偏振成像系統(tǒng)需要解決的重要科學(xué)問題。
　　論文基于以LCVR和AOTF為核心的新型高光譜全偏振成像系統(tǒng)的工作原理及成像特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的成像質(zhì)量進(jìn)行研

3、究，開發(fā)出了高成像質(zhì)量的光譜偏振成像驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)。
　　首先，研究了AOTF色散對(duì)SPI成像質(zhì)量的影響機(jī)理。根據(jù)AOTF中TeO2晶體的色散特性，從成像角度分析了二次成像機(jī)理下不同波長(zhǎng)衍射光成像清晰與鏡頭焦距的關(guān)系，提出了系統(tǒng)中加入自動(dòng)調(diào)焦的方案；針對(duì)系統(tǒng)衍射方向上出現(xiàn)光譜展寬的問題，從不同波長(zhǎng)衍射光的衍射偏轉(zhuǎn)角和衍射效率兩方面分析了光譜展寬的成因。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了AOTF色散對(duì)SPI成像質(zhì)量的影響機(jī)理。為改善SPI成像質(zhì)量提供了

4、理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　其次，研究了一種基于LCVR和AOTF的高光譜全偏振成像新技術(shù)?；谒雇锌怂梗⊿tokes）參量偏振態(tài)測(cè)量理論，建立了LCVR和AOTF的偏振模型及二者的穆勒（Mueller）矩陣。使用AOTF、LCVR以及兩個(gè)CCD相機(jī)，搭建了對(duì)±1級(jí)衍射光成像的高光譜全偏振成像系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)的工作原理，推導(dǎo)了該系統(tǒng)的全Stokes矢量測(cè)量模型，分析了LCVR快軸與X軸夾角，以及相位延遲量的微小變化對(duì)系統(tǒng)誤差的影響

5、。
　　再次，為減小AOTF色散對(duì)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，提出了針對(duì)LCVR和AOTF的SPI成像特點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)焦圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)。在研究了多種圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)成像特點(diǎn)，提出了只考慮非衍射方向上的亮度相關(guān)度、對(duì)比度相關(guān)度的改進(jìn)型基于行的結(jié)構(gòu)相似度（Effective Line-based Structure Similarity Index Measurement，ELSSIM）評(píng)價(jià)函數(shù)。運(yùn)用ELSSIM和灰度差分兩