基于AOTF的光譜偏振成像系統(tǒng)及其成像質量研究.pdf

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

2、，其工作特性直接影響整個系統(tǒng)的測量精確性和穩(wěn)定性。其中，AOTF色散引起的系統(tǒng)成像質量下降、不同波長圖像清晰度差異，是造成系統(tǒng)實用性下降的重要因素。因此，如何提高系統(tǒng)成像質量、如何實現(xiàn)在不同波長下圖像始終清晰，進而使所成圖像為目標物體在該波長下的真實灰度圖像，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，對系統(tǒng)的成像質量進行研

3、究，開發(fā)出了高成像質量的光譜偏振成像驅動及控制系統(tǒng)。
　　首先，研究了AOTF色散對SPI成像質量的影響機理。根據AOTF中TeO2晶體的色散特性，從成像角度分析了二次成像機理下不同波長衍射光成像清晰與鏡頭焦距的關系，提出了系統(tǒng)中加入自動調焦的方案；針對系統(tǒng)衍射方向上出現(xiàn)光譜展寬的問題，從不同波長衍射光的衍射偏轉角和衍射效率兩方面分析了光譜展寬的成因。通過實驗驗證了AOTF色散對SPI成像質量的影響機理。為改善SPI成像質量提供了

4、理論基礎和實驗依據。
　　其次，研究了一種基于LCVR和AOTF的高光譜全偏振成像新技術?；谒雇锌怂梗⊿tokes）參量偏振態(tài)測量理論，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CCD相機，搭建了對±1級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，推導了該系統(tǒng)的全Stokes矢量測量模型，分析了LCVR快軸與X軸夾角，以及相位延遲量的微小變化對系統(tǒng)誤差的影響

5、。
　　再次，為減小AOTF色散對系統(tǒng)成像質量的影響，提出了針對LCVR和AOTF的SPI成像特點的自動調焦圖像質量評價函數。在研究了多種圖像清晰度評價函數的基礎上，根據系統(tǒng)成像特點，提出了只考慮非衍射方向上的亮度相關度、對比度相關度的改進型基于行的結構相似度（Effective Line-based Structure Similarity Index Measurement，ELSSIM）評價函數。運用ELSSIM和灰度差分兩