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基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析

曹奇志 元昌安 胡宝清 任文艺 赵银军 张晶 李建映 邓婷 Mingwu Jin

基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析

曹奇志, 元昌安, 胡宝清, 任文艺, 赵银军, 张晶, 李建映, 邓婷, Mingwu Jin
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  • 针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.
      通信作者: 张晶, zhangjing@gxtc.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11664004,11504297,41661021,41661085)、广西创新研究团队项目(批准号:2016JJF15001)、广西自然科学基金(批准号:2016GXNSFAA380241)、陕西省科技厅项目(批准号:2016KTZDGY05-02)、广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目(批准号:2017KY0403)、北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室系统基金和广西师范学院博士启动基金资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-07
  • 修回日期:  2018-04-07
  • 刊出日期:  2018-05-20

基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析

  • 1. 广西师范学院物理与电子工程学院, 南宁 530023;
  • 2. 广西师范学院北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西地表过程与智能模拟重点实验室, 南宁 530023;
  • 3. 西北农林科技大学理学院, 杨凌 712100;
  • 4. Department of Physics, University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76019, USA;
  • 5. Department of Electrical and Computer Engineering, University of Delaware, Newark, DE 19716, USA
  • 通信作者: 张晶, zhangjing@gxtc.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11664004,11504297,41661021,41661085)、广西创新研究团队项目(批准号:2016JJF15001)、广西自然科学基金(批准号:2016GXNSFAA380241)、陕西省科技厅项目(批准号:2016KTZDGY05-02)、广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目(批准号:2017KY0403)、北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室系统基金和广西师范学院博士启动基金资助的课题.

摘要: 针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.

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