可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法和装置

摘要

本发明提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法和装置，其中方法包括：基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数；获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值，以确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数；构建定标方程；获取探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值，以确定定标方程中的定标系数；利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。本方案，能够有效校正可见近红外偏振光谱仪的起偏效应，提高光谱偏振特性测量的准确性。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法和装置。

背景技术

偏振是光的基本属性之一，太阳光经材质物体表面反射过后，其反射光会产生部分偏振光。不同材质物体表面的反射光偏振特性存在很大差异，且与材质自身的理化性质密切相关。通过对材质表面的偏振信息进行分析，反演材质自身的本征属性，能够有效区分不同材质目标之间的形貌结构特征，提升传统光强探测的识别准确度，增加目标识别效率。

目前，在研发可见近红外偏振光谱测量系统时，一般是在可见近红外光谱仪的光纤探头前端安装检偏器装置，可见近红外光谱仪、检偏器装置和探测器共同形成偏振光谱测量系统。

但是，可见近红外光谱仪大多采用光栅分光型设计，会存在起偏效应，导致偏振测量精度降低。为解决该问题，一般在检偏器装置与光纤探头之间增加一片退偏器，将透过检偏器的偏振光转换成无偏光，但是增加退偏器的方法依然无法校正光谱仪所引起的起偏效应。

发明内容

本发明实施例提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法和装置，能够有效校正可见近红外偏振光谱仪在全谱段的起偏效应，提高偏振光谱信息的获取准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法，应用于可见近红外偏振光谱测量系统，所述可见近红外偏振光谱测量系统包括可见近红外光谱仪光学系统、位于所述可见近红外光谱仪光学系统前端的线栅型检偏器和位于所述可见近红外光谱仪光学系统后端的探测器；所述方法包括：

基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数；

基于入射光的多个偏振态，分别获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值；

利用多个偏振态及每一个偏振态对应的第一响应值，确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数；

根据确定的偏振校正系数构建无偏入射光强度与所述探测器探测得到的响应值之间的定标方程；所述定标方程中包括定标系数；

基于多个无偏入射光强度，分别获取所述探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值；

利用多个无偏入射光强度及每一个无偏入射光强度对应的第二响应值，确定所述定标方程中的定标系数；

利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。

优选地，所述构建偏振传输方程包括：

构建所述线栅型检偏器的第一Muller矩阵和所述可见近红外光谱仪光学系统的第二Muller矩阵；

构建的所述偏振传输方程为：入射光Stokes参量与所述第一Muller矩阵、所述第二Muller矩阵的乘积等于出射光Stokes参量。

优选地，所述Muller矩阵为3×3矩阵，且矩阵元素由偏振校正系数生成；所述偏振校正系数包括：线偏振片消光比、线偏振片最大透过率和透光轴角度。

优选地，在入射光偏振方向与参考方向0轴的夹角对应不同角度时，得到入射光的不同偏振态；所述夹角对应的角度范围为0°～179°。

优选地，构建的所述定标方程为：

其中，I

优选地，所述偏振校正系数和/或所述定标系数通过拟合方法得到。

优选地，还包括：针对指定波段范围内的每一个波长，分别确定对应的定标系数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置，用于对可见近红外偏振光谱测量系统测量的偏振辐射进行定标，所述可见近红外偏振光谱测量系统包括可见近红外光谱仪光学系统、位于所述可见近红外光谱仪光学系统前端的线栅型检偏器和位于所述可见近红外光谱仪光学系统后端的探测器；所述装置包括：

构建单元，用于基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数；

获取单元，用于基于入射光的多个偏振态，分别获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值；

系数确定单元，用于利用多个偏振态及每一个偏振态对应的第一响应值，确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数；

所述构建单元，还用于根据确定的偏振校正系数构建无偏入射光强度与所述探测器探测得到的响应值之间的定标方程；所述定标方程中包括定标系数；

所述获取单元，还用于基于多个无偏入射光强度，分别获取所述探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值；

所述系数确定单元，还用于利用多个无偏入射光强度及每一个无偏入射光强度对应的第二响应值，确定所述定标方程中的定标系数；

定标单元，用于利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。

本发明实施例提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法和装置，通过构建偏振传输方程，并解算出偏振传输方程中的偏振校正系数，利用偏振校正系数可以得到定标方程，在解算出定标方程中的定标系数之后，可以利用定标系数对探测器探测得到的响应值进行校正，以得到定标后的出射光辐射强度。由此可见，本方案能够有效校正可见近红外偏振光谱仪的起偏效应，提高光谱偏振特性测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法流程图；

图2是本发明一实施例提供的可见近红外偏振光谱测量系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；

图4是本发明一实施例提供的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法，应用于可见近红外偏振光谱测量系统，所述可见近红外偏振光谱测量系统包括可见近红外光谱仪光学系统、位于所述可见近红外光谱仪光学系统前端的线栅型检偏器和位于所述可见近红外光谱仪光学系统后端的探测器；该方法包括：

步骤100，基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数；

步骤102，基于入射光的多个偏振态，分别获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值；

步骤104，利用多个偏振态及每一个偏振态对应的第一响应值，确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数；

步骤106，根据确定的偏振校正系数构建无偏入射光强度与所述探测器探测得到的响应值之间的定标方程；所述定标方程中包括定标系数；

步骤108，基于多个无偏入射光强度，分别获取所述探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值；

步骤110，利用多个无偏入射光强度及每一个无偏入射光强度对应的第二响应值，确定所述定标方程中的定标系数；

步骤112，利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。

本发明实施例中，通过构建偏振传输方程，并解算出偏振传输方程中的偏振校正系数，利用偏振校正系数可以得到定标方程，在解算出定标方程中的定标系数之后，可以利用定标系数对探测器探测得到的响应值进行校正，以得到定标后的出射光辐射强度。由此可见，本方案能够有效校正可见近红外偏振光谱仪的起偏效应，提高光谱偏振特性测量的准确性。

下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。

首先，针对步骤100，基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数。

请参考图2，为可见近红外偏振光谱测量系统的结构示意图，入射光先后经线栅型检偏器和可见近红外光谱仪光学系统得到出射光，探测器对该出射光进行探测，得到探测器的响应值。

本发明实施例中，由于入射光是处于偏振态的，也就是说入射光在入射至线栅型检偏器时存在一个入射角度，因此，可以利用偏振光传输理论，在构建偏振传输方程，具体地，包括如下步骤S1-S2：

S1、构建所述线栅型检偏器的第一Muller矩阵和所述可见近红外光谱仪光学系统的第二Muller矩阵。

Muller(穆勒)矩阵用于描述介质的偏振属性，一般情况下，Muller矩阵可以是4*4的矩阵，本发明实施例中，可以针对线栅型检偏器和可见近红外光谱仪光学系统构建3×3矩阵的Muller矩阵，j颠元素由偏振校正系数生成，该偏振校正系数包括：线偏振片消光比、线偏振片最大透过率和透光轴角度。

具体地，构建的线栅型检偏器的第一Muller矩阵和可见近红外光谱仪光学系统的第二Muller矩阵分别如下：

其中，M

需要说明的是，入射光的波长不同时，构建的Muller矩阵也不同。

S2、构建的所述偏振传输方程为：入射光Stokes参量S

该偏振传输方程如下：

S

将上述偏振传输方程进行变形，进而可以得到偏振校正系数与探测器响应值之间的关系：

其中，I

然后，针对步骤102“基于入射光的多个偏振态，分别获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值”和步骤104“利用多个偏振态及每一个偏振态对应的第一响应值，确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数”进行说明。

本发明实施例中，在入射光偏振方向与参考方向0轴的夹角对应不同角度时，得到入射光的不同偏振态；该夹角对应的角度范围为0°～179°。比如，间隔1°，可以得到180个入射光的偏振态。

针对每一个偏振态(即θ值)，将入射光入射至线栅型检偏器，获取探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值，将该第一响应值、θ值和对应入射光强度带入上述I

优选地，为了保证偏振校正系数的准确性，本发明一个实施例中，可以采用拟合方法得到上述6个偏振校正系数。

在得出上述6个偏振校正系数之后，代入上述I

接下来针对步骤106“根据确定的偏振校正系数构建无偏入射光强度与所述探测器探测得到的响应值之间的定标方程；所述定标方程中包括定标系数”、步骤108“基于多个无偏入射光强度，分别获取所述探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值”和步骤110“利用多个无偏入射光强度及每一个无偏入射光强度对应的第二响应值，确定所述定标方程中的定标系数”进行说明。

由于存在的起偏效应，因此，探测器探测得到的响应值不能直接作为出射光强度，为了得到准确的出射光强度，需要对探测器探测得到的响应值进行校正，具体地，可以利用无偏入射光强度(即入射光为无偏振态，θ值等于0)构建定标方程，将θ值等于0代入上述偏振传输方程中，得到如下定标方程：

其中，I

为了计算出上述定标方程中的定标系数，将无偏入射光入射至线栅型检偏器，利用探测器探测得到第二响应值，改变无偏入射光的入射光强度，从而可以探测得到针对每一个无偏入射光强度的第二响应值，将每一组值(无偏入射光强度和对应第二响应值)分别代入上述定标方程中，可以解算出定标系数。

同理，优选地，为了保证定标系数的准确性，本发明一个实施例中，可以采用拟合方法得到上述定标系数A和B。

最后针对步骤112，利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。

上述步骤100-110，是针对一个特定波长下的入射光得到的定标方程，由于入射光波长不同时，偏振校正系数、定标系数均不同，因此，可以针对指定波段范围内的每一个波长，分别执行上述步骤100-110，以确定每一个波长对应的偏振校正系数，进而确定出每一个波长对应的定标系数，从而可以实现对指定波长范围内的全谱段入射光的光谱偏振特性测量。

以其中一个波长下的入射光为例，获取该波长对应的定标系数，得到对应的定标方程I

如图3、图4所示，本发明实施例提供了一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置，用于对可见近红外偏振光谱测量系统测量的偏振辐射进行定标，所述可见近红外偏振光谱测量系统包括可见近红外光谱仪光学系统、位于所述可见近红外光谱仪光学系统前端的线栅型检偏器和位于所述可见近红外光谱仪光学系统后端的探测器。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明实施例提供的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置所在电子设备的一种硬件架构图，除了图3所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的电子设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图4所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置，包括：

构建单元401，用于基于入射光、该入射光先后经所述线栅型检偏器和所述可见近红外光谱仪光学系统后由所述探测器探测得到的出射光，构建偏振传输方程；所述偏振传输方程包括偏振校正系数；

获取单元402，用于基于入射光的多个偏振态，分别获取所述探测器在每一个偏振态下探测得到的第一响应值；

系数确定单元403，用于利用多个偏振态及每一个偏振态对应的第一响应值，确定所述偏振传输方程中的偏振校正系数；

所述构建单元401，还用于根据确定的偏振校正系数构建无偏入射光强度与所述探测器探测得到的响应值之间的定标方程；所述定标方程中包括定标系数；

所述获取单元402，还用于基于多个无偏入射光强度，分别获取所述探测器在每一个无偏入射光强度下探测得到的第二响应值；

所述系数确定单元403，还用于利用多个无偏入射光强度及每一个无偏入射光强度对应的第二响应值，确定所述定标方程中的定标系数；

定标单元404，用于利用所述定标方程和探测器的响应值确定偏振态入射光对应的出射光强度。

在本发明一个实施例中，所述构建单元在构建偏振传输方程时，具体包括：

构建所述线栅型检偏器的第一Muller矩阵和所述可见近红外光谱仪光学系统的第二Muller矩阵；

构建的所述偏振传输方程为：入射光Stokes参量与所述第一Muller矩阵、所述第二Muller矩阵的乘积等于出射光Stokes参量。

在本发明一个实施例中，所述Muller矩阵为3×3矩阵，且矩阵元素由偏振校正系数生成；所述偏振校正系数包括：线偏振片消光比、线偏振片最大透过率和透光轴角度。

在本发明一个实施例中，在入射光偏振方向与参考方向0轴的夹角对应不同角度时，得到入射光的不同偏振态；所述夹角对应的角度范围为0°～179°。

在本发明一个实施例中，所述构建单元构建的所述定标方程为：

其中，I

在本发明一个实施例中，所述偏振校正系数和/或所述定标系数通过拟合方法得到。

在本发明一个实施例中，所述系数确定单元，还用于针对指定波段范围内的每一个波长，分别确定对应的定标系数。

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种可见近红外偏振光谱仪偏振辐射定标方法。

具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。