Optimized design model of novel diagonal micropolarizer arrays

Jia HAO; Yan WANG; Kui ZHOU; Xiao-chang YU; Yi-ting YU

doi:10.37188/OPE.2021.0173

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Optimized design model of novel diagonal micropolarizer arrays

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2021-11-01

- Optimized design model of novel diagonal micropolarizer arrays
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 10, Pages: 2363-2374(2021)
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学深圳研究院，广东深圳 518057
  2.西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室，陕西西安 710072
  3.西北工业大学陕西省微纳机电系统重点实验室，陕西西安 710072
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.2021.0173
  CLC： TH744
- Received：06 April 2021，
  
  Revised：12 May 2021，
  
  Published：15 October 2021
- 稿件说明：
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郝佳,王燕,周奎等.基于改进模型的新型对角微偏振阵列设计[J].光学精密工程,2021,29(10):2363-2374.

HAO Jia,WANG Yan,ZHOU Kui,et al.Optimized design model of novel diagonal micropolarizer arrays[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2363-2374.
郝佳,王燕,周奎等.基于改进模型的新型对角微偏振阵列设计[J].光学精密工程,2021,29(10):2363-2374. DOI： 10.37188/OPE.2021.0173.

HAO Jia,WANG Yan,ZHOU Kui,et al.Optimized design model of novel diagonal micropolarizer arrays[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2363-2374. DOI： 10.37188/OPE.2021.0173.

摘要

作为分焦平面型偏振成像系统的核心光学器件，微偏振阵列（Micropolarizer Array，MPA）对场景目标偏振信息的重构有着重要影响。针对传统2×2 MPA存在的图像分辨率损失和瞬时视场误差等问题，以及现有模型仅能设计2×

系列MPA的局限性，基于傅里叶频域提出了一种可涵盖2×

系列和

对角系列MPA排布模式的设计模型，并优化设计了3种新型对角排布的MPA。通过理论分析、外场实验和数值模拟对已有的MPA及新设计的MPA的重构性能进行了定性分析与定量测试。实验结果表明：利用2×2×2 MPA重构的

，

及线偏振度图像在定量测试和视觉效果方面最优，而对于单探测器的快照式成像系统，新型3×3 MPA获得的重构效果最佳。本文改进模型的应用和新型MPA的提出可为多样化和高性能MPA的制备提供理论依据，促进了DoFP偏振成像系统的工程实际应用。

Abstract

As the core optical device of the division-of-focal-plane （DoFP） polarization imaging system， the micropolarizer array （MPA） exerts an important influence on the reconstruction of the polarization information from scene targets. In this paper， to correct for the resolution loss and instantaneous field of view （IFOV） error of the traditional 2×2 MPA， as well as the limitation that the existing model can only design 2×

series MPA， a design model was proposed based on Fourier frequency domain， which can cover 2×

series and

diagonal series MPAs. In addition， three new types of diagonal MPAs were suggested and optimized. Through theoretical analysis， field experiments and numerical simulations， the reconstruction performance of the existing MPAs and the newly designed MPAs was qualitatively analyzed and quantitatively tested. The simulation results show that the 2×2×2 MPA provides the highest reconstruction quality for

，

， and

， and the degree of linear polarization （DoLP） in terms of quantitative measures and visual quality， while the new 3×3 MPA achieves the best reconstruction results for the single detector snapshot imaging system. The application of the improved model and the proposal of new MPAs in this paper provide a theoretical basis for the development of diverse and high-performance MPAs， and promote the practical application of the DoFP polarization imaging system.

关键词

Keywords

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WYANT J C . Optical Sciences and Applications of light ［M］. Boca Raton ： CRC Press ， 2019 .

SCHOTT J . Introduction ［M］. Fundamentals of Polarimetric Remote Sensing. 1000 20th Street， Bellingham， WA 98227 - 0010 USA： SPIE ，： 1- 6 . doi: 10.1117/3.817304.ch1 http://dx.doi.org/10.1117/3.817304.ch1

段锦，付强，莫春和，等 . 国外偏振成像军事应用的研究进展（上）［J］. 红外技术， 2014 ， 36 （ 3 ）： 190 - 195 . doi: 10.11846/j.issn.1001_8891.201403003 http://dx.doi.org/10.11846/j.issn.1001_8891.201403003

DUAN J ， FU Q ， MO CH H ， et al . Review of polarization imaging technology for international military application I ［J］. Infrared Technology ， 2014 ， 36 （ 3 ）： 190 - 195 . （in Chinese） . doi: 10.11846/j.issn.1001_8891.201403003 http://dx.doi.org/10.11846/j.issn.1001_8891.201403003

范之国，宋强，代晴晴，等 . 全局参数估计的水下目标偏振复原方法［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 7 ）： 1621 - 1632 . doi: 10.3788/OPE.20182607.1621 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20182607.1621

FAN ZH G ， SONG Q ， DAI Q Q ， et al . Underwater target polarization recovery method based on global parameter estimation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 7 ）： 1621 - 1632 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20182607.1621 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20182607.1621

沈元星，姚悦，何宏辉，等 . 非标记、定量化穆勒矩阵偏振成像在辅助临床诊断中的应用［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 2 ）： 0207001 . doi: 10.3788/cjl202047.0207001 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.0207001

SHEN Y X ， YAO Y ， HE H H ， et al . Mueller matrix polarimetry： a label-free， quantitative optical method for clinical diagnosis ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 2 ）： 0207001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl202047.0207001 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.0207001

褚金奎，王志文，张英杰，等 . 多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 10 ）： 2237 - 2244 . doi: 10.3788/OPE.20122010.2237 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122010.2237

CHU J K ， WANG ZH W ， ZHANG Y J ， et al . Multi-orientated wire-grid polarizer and its application to polarization navigation ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 10 ）： 2237 - 2244 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20122010.2237 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20122010.2237

SCOTT TYO J ， GOLDSTEIN D L ， CHENAULT D B ， et al . Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications ［J］. Applied Optics ， 2006 ， 45 （ 22 ）： 5453 - 5469 . doi: 10.1364/ao.45.005453 http://dx.doi.org/10.1364/ao.45.005453

WU Z ， POWERS P E ， SARANGAN A M ， et al . Optical characterization of wiregrid micropolarizers designed for infrared imaging polarimetry ［J］. Optics Letters ， 2008 ， 33 （ 15 ）： 1653 - 1655 . doi: 10.1364/ol.33.001653 http://dx.doi.org/10.1364/ol.33.001653

ZENG X L ， LUO Y ， ZHAO X J ， et al . An end-to-end fully-convolutional neural network for division of focal plane sensors to reconstruct S 0 ， DoLP， and AoP ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 6 ）： 8566 - 8577 . doi: 10.1364/OE.27.008566 http://dx.doi.org/10.1364/OE.27.008566

FEI H ， LI F M ， CHEN W C ， et al . Calibration method for division of focal plane polarimeters ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 18 ）： 4992 - 4996 . doi: 10.1364/ao.57.004992 http://dx.doi.org/10.1364/ao.57.004992

RATLIFF B M ， LACASSE C F ， SCOTT TYO J . Interpolation strategies for reducing IFOV artifacts in microgrid polarimeter imagery ［J］. Optics Express ， 2009 ， 17 （ 11 ）： 9112 - 9125 . doi: 10.1364/oe.17.009112 http://dx.doi.org/10.1364/oe.17.009112

张涛，徐文畅，王德江，等 . 基于像素级偏振相机的超像素校正［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 12 ）： 3179 - 3186 . doi: 10.3788/ope.20172512.3179 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172512.3179

ZHANG T ， XU W CH ， WANG D J ， et al . Super-pixel calibration method of pixelated polarization camera ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2017 ， 25 （ 12 ）： 3179 - 3186 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20172512.3179 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20172512.3179

ZHANG J C ， LUO H B ， LIANG R G ， et al . PCA-based denoising method for division of focal plane polarimeters ［J］. Optics Express ， 2017 ， 25 （ 3 ）： 2391 - 2400 . doi: 10.1364/oe.25.002391 http://dx.doi.org/10.1364/oe.25.002391

ZHANG J C ， LUO H B ， LIANG R G ， et al . Sparse representation-based demosaicing method for microgrid polarimeter imagery ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 14 ）： 3265 - 3268 . doi: 10.1364/ol.43.003265 http://dx.doi.org/10.1364/ol.43.003265

ZHANG J C ， SHAO J B ， LUO H B ， et al . Learning a convolutional demosaicing network for microgrid polarimeter imagery ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 18 ）： 4534 - 4537 . doi: 10.1364/ol.43.004534 http://dx.doi.org/10.1364/ol.43.004534

MIHOUBI S ， LAPRAY P J ， BIGUÉ L . Survey of demosaicking methods for polarization filter array images ［J］. Sensors ， 2018 ， 18 （ 11 ）： 3688 . doi: 10.3390/s18113688 http://dx.doi.org/10.3390/s18113688

LI N ， ZHAO Y Q ， PAN Q ， et al . Demosaicking DoFP images using Newton's polynomial interpolation and polarization difference model ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 2 ）： 1376 - 1391 . doi: 10.1364/oe.27.001376 http://dx.doi.org/10.1364/oe.27.001376

CHUN C S L ， FLEMING D L ， TOROK E J . Polarization-sensitive thermal imaging ［C］. SPIE's International Symposium on Optical Engineering and Photonics in Aerospace Sensing. Proc SPIE 2234 ， Automatic Object Recognition IV， Orlando， FL， USA . 1994 ， 2234 ： 275 - 286 . doi: 10.1117/12.181025 http://dx.doi.org/10.1117/12.181025

LEMASTER D A ， HIRAKAWA K . Improved microgrid arrangement for integrated imaging polarimeters ［J］. Optics Letters ， 2014 ， 39 （ 7 ）： 1811 - 1814 . doi: 10.1364/ol.39.001811 http://dx.doi.org/10.1364/ol.39.001811

ALENIN A S ， VAUGHN I J ， SCOTT TYO J . Optimal bandwidth micropolarizer arrays ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 3 ）： 458 - 461 . doi: 10.1364/ol.42.000458 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.000458

ALENIN A S ， VAUGHN I J ， SCOTT TYO J . Optimal bandwidth and systematic error of full-Stokes micropolarizer arrays ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 9 ）： 2327 - 2336 . doi: 10.1364/ao.57.002327 http://dx.doi.org/10.1364/ao.57.002327

KUPINSKI M K ， BRADLEY C L ， DINER D J ， et al . Angle of linear polarization images of outdoor scenes ［J］ Optical Engineering ， 2019 ， 58 （ 8 ）： 082419 . doi: 10.1117/1.oe.58.8.082419 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.58.8.082419

DUBOIS E . Frequency-domain methods for demosaicking of Bayer-sampled color images ［J］. IEEE Signal Processing Letters ， 2005 ， 12 （ 12 ）： 847 - 850 . doi: 10.1109/lsp.2005.859503 http://dx.doi.org/10.1109/lsp.2005.859503

LEUNG B ， JEON G ， DUBOIS E . Least-squares luma–chroma demultiplexing algorithm for bayer demosaicking ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2011 ， 20 （ 7 ）： 1885 - 1894 . doi: 10.1109/tip.2011.2107524 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2011.2107524

WANG Z ， BOVIK A C . Mean squared error： love it or leave it？ A new look at signal fidelity measures ［J］. IEEE Signal Processing Magazine ， 2009 ， 26 （ 1 ）： 98 - 117 . doi: 10.1109/msp.2008.930649 http://dx.doi.org/10.1109/msp.2008.930649

WANG Z ， BOVIK A C ， SHEIKH H R ， et al . Image quality assessment： from error visibility to structural similarity ［J］. IEEE Transactions on Image Processing ， 2004 ， 13 （ 4 ）： 600 - 612 . doi: 10.1016/j.jvcir.2019.102655 http://dx.doi.org/10.1016/j.jvcir.2019.102655

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