Author Affiliations
Abstract
Imaging polarimetry is one of the most widely used analytical technologies for object detection and analysis. To date, most metasurface-based polarimetry techniques are severely limited by narrow operating bandwidths and inevitable crosstalk, leading to detrimental effects on imaging quality and measurement accuracy. Here, we propose a crosstalk-free broadband achromatic full Stokes imaging polarimeter consisting of polarization-sensitive dielectric metalenses, implemented by the principle of polarization-dependent phase optimization. Compared with the single-polarization optimization method, the average crosstalk has been reduced over three times under incident light with arbitrary polarization ranging from 9 μm to 12 μm, which guarantees the measurement of the polarization state more precisely. The experimental results indicate that the designed polarization-sensitive metalenses can effectively eliminate the chromatic aberration with polarization selectivity and negligible crosstalk. The measured average relative errors are 7.08%, 8.62%, 7.15%, and 7.59% at 9.3, 9.6, 10.3, and 10.6 μm, respectively. Simultaneously, the broadband full polarization imaging capability of the device is also verified. This work is expected to have potential applications in wavefront detection, remote sensing, light-field imaging, and so forth.Imaging polarimetry is one of the most widely used analytical technologies for object detection and analysis. To date, most metasurface-based polarimetry techniques are severely limited by narrow operating bandwidths and inevitable crosstalk, leading to detrimental effects on imaging quality and measurement accuracy. Here, we propose a crosstalk-free broadband achromatic full Stokes imaging polarimeter consisting of polarization-sensitive dielectric metalenses, implemented by the principle of polarization-dependent phase optimization. Compared with the single-polarization optimization method, the average crosstalk has been reduced over three times under incident light with arbitrary polarization ranging from 9 μm to 12 μm, which guarantees the measurement of the polarization state more precisely. The experimental results indicate that the designed polarization-sensitive metalenses can effectively eliminate the chromatic aberration with polarization selectivity and negligible crosstalk. The measured average relative errors are 7.08%, 8.62%, 7.15%, and 7.59% at 9.3, 9.6, 10.3, and 10.6 μm, respectively. Simultaneously, the broadband full polarization imaging capability of the device is also verified. This work is expected to have potential applications in wavefront detection, remote sensing, light-field imaging, and so forth.
metasurface broadband achromatic crosstalk-free full polarization imaging polarimetry 
Opto-Electronic Advances
2022, 5(11): 220058
任立勇 1,2,3,*梁健 1,2,3屈恩世 2张文飞 2,4[ ... ]张进 1,3
作者单位
摘要
1 陕西师范大学 物理学与信息技术学院,西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710119
3 西安市光信息调控与增强技术重点实验室,西安 710119
4 山东理工大学 物理与光电工程学院,山东 淄博 255000
5 中国人民解放军63861部队,吉林 白城 137001
偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段,其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异,以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段,偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测,具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础,围绕相关的器件、技术和应用发展状况,对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况,与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理,以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作,主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术,偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后,对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。
偏振光学成像 偏振相机 偏振去雾 偏振3D重构成像 图像配准 偏振度 偏振角 图像融合 分孔径 全偏振态 Polarimetric optical imaging Polarimetric camera Polarimetric dehazing Polarimetric 3D reconstruction imaging Image registration Degree of Polarization(DoP) Angle of Polarization(AoP) Image fusion Division of aperture Full polarization states 
光子学报
2022, 51(8): 0851505
作者单位
摘要
中南大学自动化学院, 长沙 410000
强海杂波中的漂浮小目标检测是对海雷达探测的热点与难点问题。传统算法在单一域(时域, 多普勒域以及时频域)中检测性能差, 基于特征的检测算法是解决海面漂浮小目标检测的有效手段。提出了基于全极化信息的特征融合检测算法, 选取时域与多普勒域的6特征, 提取出基于全极化信息的6特征, 分析特征的可分性, 最后利用PCA异常检测器进行目标快速检测。在实测IPIX雷达数据集上进行验证, 实验结果证明, 相比于已有的PCA检测算法, 所提算法具有优良的检测性能。
目标检测 海杂波 漂浮小目标 全极化 PCA检测算法 IPIX雷达数据 target detection sea clutter floating small target full polarization PCA-based detection IPIX radar data 
电光与控制
2022, 29(5): 11
王孙晨 1,3张磊 2,*薛模根 1,3吴云智 1,3[ ... ]薛莹 1,3
作者单位
摘要
1 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 信息工程系,合肥23003
2 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,合肥3007
3 偏振光成像探测技术安徽省重点实验室,合肥2001
针对空间调制型全偏振成像系统中二维傅里叶变换解调算法的优化问题,提出贝塞尔修正的方向选择性二维汉宁切趾优化解调算法,对比分析了不同切趾函数主瓣宽度与旁瓣衰减的特性.相比于传统汉宁窗,该算法旁瓣抑制能力提高了12.89 dB,主瓣宽度为0.065π,同时在频谱滤波过程中对相对位置在对角线方向上频谱信息有良好抑制作用.搭建了基于琼斯矩阵的全偏振成像探测系统,并通过实验进行验证.实验结果表明:经过优化的解调算法全偏振分量的解调精度平均提高了9.48%,验证了优化解调算法的准确性和有效性.
全偏振成像 空间调制 干涉图 傅里叶变换 琼斯矩阵 频域滤波 切趾 Full polarization imaging Spatial modulation Interferogram Fourier transform Jones matrix Frequency domain filtering Apodization 
光子学报
2020, 49(12): 146
巨海娟 1,2,*梁健 1,2张文飞 1,2白兆峰 1[ ... ]屈恩世 1
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 信息光子学研究室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
偏振光学成像技术作为一种新型的光学成像技术, 通过对光波偏振特性的探测, 增加了信息的探测维度, 有利于全面、准确地获取目标的信息.文中阐述了偏振成像的探测方法, 典型偏振成像系统的分类;详细介绍了一种基于Stokes矢量方法的分孔径全偏振态同时探测的实时彩色偏振成像相机;利用该相机进行了全偏振度成像实验和偏振去雾成像实验.实验表明全偏振态同时探测偏振成像技术在提高成像探测距离、目标细节获取及恢复等方面具有一定优势, 能够为现代光学成像探测系统提供重要的技术补充.
偏振成像 全偏振态 同时探测 分孔径 polarimetric imaging full-polarization-state simultaneous detection division of aperture 
红外与毫米波学报
2017, 36(6): 744
杨凡超 1,2,*李勇 1胡炳樑 1孔亮 1[ ... ]李洪波 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于液晶可调滤光片(LCTF)与两片液晶可调相位延迟器(LCVR)构成的偏振高光谱成像系统, 相对于传统LCTF具有转动部件以及无法获取全部偏振态的特点, 本系统能够静态凝视成像并且测量目标完整的Stokes参量。 通过对两片LCVR取四组不同延迟组合, 构造了一个4×4复原矩阵来获取目标的原始全偏振信息。 使用干涉光强法, 对两片LCVR分别进行了延迟-电压特性的精确测量; 在633 nm下验证了全偏振复原算法, 通过对误差分析, 得到了较好的反演Stokes参数和相应的DoLP与Orient计算值, 验证了复原算法的可靠性, 可以为全偏振态高光谱遥感成像提供有效的数据。
液晶可调滤光片 液晶可调相位延迟器 高光谱偏振 全偏振 LCTF LCVR Hyperspectral polarimetric imaging Full polarization information 
光谱学与光谱分析
2017, 37(8): 2610
作者单位
摘要
1 解放军理工大学 理学院, 南京 211101
2 解放军理工大学 电磁环境效应与光电工程国家级重点实验室, 南京 210007
理论上推导了光线通过任意方向偏振片和任意方向1/4波片的出射光强与全Stokes参量关系的表达式, 利用自然背景下的人造目标为对象开展全偏振检测实验, 并以目标与背景偏振度对比为主要指标, 研究了多方向情况下上述两种偏振器件影响全偏振检测的因素。研究表明下述三种情况方程组秩小于4导致全偏振检测无效: 固定1/4波片方向而改变偏振片方向;固定偏振片方向改变1/4波片方向, 且四组角度中两器件平行及垂直的关系同时出现; 偏振片与1/4波片有三组角度相同,第四组角度关系为平行或垂直。实验表明, 固定偏振片方向改变1/4波片方向, 探测结果与固定偏振片方向的取值有关; 采用偏振片与1/4波片三组方向相同, 第四组夹角45°的全偏振检测方式, 偏振度对比较高。
光学测量 斯托克斯参量 全偏振成像 偏振片 1/4波片 optical measurement Stokes parameter full polarization imaging polarizer quarter-wave plate 
光学技术
2016, 42(3): 255
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学电子信息工程学院,南京 210016
2 光电控制技术重点实验室,河南 洛阳 471000
针对CP-GTD模型,利用全极化雷达回波的组稀疏特性,提出了一种基于组稀疏表示的二维全极化散射中心参数估计方法。该方法将全极化散射中心参数估计问题转化为组稀疏信号重构问题,并利用自适应网格细化的方法来划分网格,最后利用最小二乘法对相干极化散射矩阵的估计进行修正。与基于联合谱估计的方法相比,该方法无需已知散射中心数,从而可以避免由于散射中心数估计错误而引起的性能恶化,且适用范围更广。仿真实验也表明,该方法具有更好的鲁棒性,可以有效地用于目标全极化散射中心提取。
雷达 目标散射特性 二维散射中心 全极化 CP-GTD模型 组稀疏表示 radar target scattering property 2D scattering center full polarization coherent polarimetric GTD model group sparse representation 
电光与控制
2016, 23(2): 26
作者单位
摘要
1 重庆文理学院机电工程学院
2 重庆文理学院电子电气工程学院,重庆 402160
入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633 nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.
闪耀光栅 全偏振 矩形槽 模态法 -1级 Blazed gratings Full polarization Rectangular groove Modal method -1st order 
光子学报
2014, 43(1): 0105002
作者单位
摘要
合肥工业大学计算机与信息学院, 合肥 230009
针对现有偏振测量系统在观测全天域偏振模式时的不足, 本文设计实现了一种具有近 180°视场的成像式全偏振测量系统。系统由鱼眼镜头、中继镜片、偏振片、 1/4波片、微距镜头、 CMOS相机等组成, 具有大视场、全偏振测量、便携性等特点。文章首先介绍了系统结构、工作原理和光学设计, 并提出相应的标定方法以获取系统标定 Muller矩阵。标定实验结果表明, 系统线偏振测量误差小于 3%, 圆偏振误差小于 10%。最后, 利用系统在晴朗天气下进行了波长为 488 nm的外场实验, 获得了日落时分全天域的全偏振分布模式, 实验结果与理论值相一致, 验证了该系统在全天域偏振特性观测上的有效性。
成像系统 全偏振测量 天光偏振 近 180°视场 imaging polarimeter full polarization measurement skylight polarization nearly 180 degree field of view 
光电工程
2014, 41(8): 33

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