为了同时获取目标光谱和偏振信息,基于正交双偏振法和声光可调谐滤光器,设计了一套分孔径同时式高光谱偏振成像系统。从高光谱偏振成像原理出发,介绍了成像系统的结构设计、光学设计和机械设计,利用穆勒矩阵理论对系统成像过程进行了分析。利用所设计的成像系统对三种伪装网和灌木丛进行检测分类实验。实验结果表明:伪装网与灌木丛的高光谱偏振特性存在较大差异,将光谱信息和偏振信息结合起来有利于提高检测能力和分类准确性;分孔径同时式高光谱偏振成像系统是一种有效、紧凑且可实时探测的高光谱偏振成像系统。

考虑到现有Stokes参量获取方法测量速度慢、 测量精度低、 系统结构复杂等特点, 提出了一种基于双液晶可调相位延迟器(liquid crystal variable retarder, LCVR)和声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)的光谱偏振成像系统中全Stokes参量的新获取方法。 从AOTF和LCVR的工作原理出发, 介绍了系统的基本探测原理; 根据偏振分析提出了快速获取全Stokes参量的新方法——该方法选取四个固定的LCVR控制电压, 同时控制两个相同的LCVR对光波进行相位调制, 得到四组(八个)两两相同的相位延迟量即可求得Stokes参量。 此外, 设计了能够稳定输出均方根为0~+8.72 V连续可调方波的LCVR控制器, 并对其进行定标, 实现了不同波长下光波的精确调制。 搭建实验样机, 以偏振方向分别为0°, 90°和45°的三个偏振片P1, P2, P3作为偏振测量目标, 测得了波长为632 nm时的全Stokes参量图; 以画有夹角为30°的红色、 绿色、 蓝色三色线条的实验板作为光谱测量目标, 对400～750 nm光谱范围的71个通道(光谱带宽为5 nm)进行光谱成像, 得到了与红色、 绿色和蓝色的分析谱段范围相一致的光谱曲线。 结果表明, 该系统不仅可以快速准确地获取全部Stokes参量, 而且系统结构简单、 成像质量良好。

传统的偏振成像技术存在偏振成像实时性差、多光谱偏振成像困难和无法实现高光谱偏振成像等问题。针对这些问题，提出了一种新的基于信号调制解调理论的偏振成像理论，并根据该理论提出了一种基于光栅色散的光谱调制型高光谱偏振成像仪。该偏振成像仪首先测得被偏振调制过的光谱信号，再经过频域滤波与反演计算获得高光谱图像与偏振图像，因此该偏振成像仪可实现高光谱全偏振成像,并且可将高光谱成像与偏振成像完美融合。通过仿真实验验证了所提偏振成像仪在理论上的正确性。

为了实现声光可调滤波器(AOTF)和液晶可调相位延迟器(LCVR)相结合的新型高光谱偏振成像系统全Stokes参量的快捷准确获取,提出了一种新的测量方法。该方法采用一个驱动信号源同时控制系统中两个LCVR，当LCVR在不同波长下进行相位调制时，依次取４个固定的驱动电压，求得不同波长下LCVR1和LCVR2的４组相位延迟，通过相应的数学计算即可快速精确求得目标光全部Stokes参量。波长为632 nm时，以偏振方向分别为0°、90°、45°的偏振片和1/4波片为目标物，毛玻璃为背景，通过系统成像后获取了全部Stokes参量的图像。结果表明，该测量方法不仅可以快速准确地获取目标物全部Stokes参量，而且系统成像质量良好。对532 nm波长下的真假树叶进行高光谱偏振成像，进一步验证了该测量方法的快捷准确和系统的可靠性。理论分析了影响Stokes参量测量精度的因素，为提高系统测量精度提供了理论基础。