近红外偏振探测器校正方法

近红外偏振探测器是近年来一种新的探测器结构,它将光栅附在了焦平面探测器的表面.为了解决光栅透射率和角度不均匀对线偏振度测量的影响,采用了一种新的线偏振度求解方法.该方法对光栅透射率和光栅角度进行了校正,消除了光栅透射率和光栅角度不均匀性对线偏振度测量的影响,理论上表明了红外偏振成像质量与光栅透射率和光栅角度无关.实验结果显示,在使用黑体作为标定光源和不考虑偏振像元之间串扰的情况下,采用原有的计算方法得到的结果是真实值的14%~24%,透射率校正后的结果是真实值的80%~120%,透射率和角度校正后的结果是真实值的96%~104%.     

微偏振片阵列成像的非均匀校正研究

针对传统的非均匀校正算法难以校正偏振成像的非均匀问题，提出了一种新的矩阵校正算法。分析了偏振成像与非偏振成像的非均匀性的不同表现，阐述了微偏振片阵列成像的非均匀产生机理，指出了采用非偏振成像非均匀校正方法的失效原因。在构建偏振成像系统对入射偏振光源的响应模型基础上，提出了矩阵校正法。实验部分给出了矩阵校正法对均匀偏振场本底图像和信息丰富场景图像的校正效果，定量分析结果表明，矩阵校正法将均匀本底图像的非均匀性降至校正前的10%左右。     

基于场景偏振冗余估计的非均匀校正

由于红外偏振焦平面的异构特性,在非均匀校正过程中需要考虑不同检偏通道的响应差异对整体校正效果的影响,其非均匀校正问题相较同构的普通红外焦平面更为复杂。针对红外偏振焦平面的非均匀校正问题,提出了一种基于场景偏振冗余估计的非均匀校正算法,通过对场景图像和由场景图像计算得到的偏振冗余估计图像进行统计,得到整个焦平面上所有像元响应在统计特性上的差异,然后分通道从两个方向对这些差异进行比较分析,得到更新后的增益校正系数,再通过辐射重定标抑制由于静止场景所造成的鬼影,得到当前状态下相机的增益校正系数。在这个过程中,通过偏振冗余估计评价之前的校正系数,自适应地实现增益校正系数的更新。最后使用真实场景数据进行测试,结果表明本文所提出的非均匀校正算法有效提高了所获取偏振图像的准确性。     

三镜头偏振CCD相机响应的非一致性校正

简要介绍了三镜头偏振CCD相机.在分析三镜头偏振CCD相机探测元响应的不均匀性和三个偏振方向响应的非一致性的基础上,介绍了一种基于辐射定标的校正方法.通过偏振测量实验,分别计算得到偏振光的真实偏振度、偏振成像原始图像和经非一致性校正后的图像的偏振度.结果表明,非一致性校正可提高成像偏振信息的解析精度.     

偏振成像技术的发展现状与展望（特邀）

偏振成像是一种新的光电探测体制，它可以获得比传统成像多一维的场景信息，在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。论文对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结，总结了偏振成像的实现方法，当前学术界在场景的偏振特性、偏振的传输特性、偏振成像探测器、分焦平面偏振图像非均匀性校正、分焦平面偏振图像超分辨率重建以及偏振图像融合等领域的最新研究成果。在此基础上，对偏振成像的未来发展方向进行了展望，包括高消光比焦平面偏振探测器、分焦平面多光谱偏振探测器、高精度非均匀性校正方法、偏振图超分辨率重建方法以及强度图和偏振度/偏振角图融合方法等。     

线列红外偏振成像系统的设计

作为近年来偏振探测技术研究的新热点,焦平面分割型偏振探测器在增强目标与背景对比度和伪装目标识别方面具有明显效果。基于线列短波红外微偏振探测器,设计了一种以Jetson TX1 为处理核心的成像系统。该系统主要包括控制模块和处理模块。其中,控制模块由探测器驱动板和FPGA控制板构成〗,用于实现探测器信号AD转换和图像信号usb传输等;处理模块采用Jetson TX1平台,用于实现图像信号usb接收、积分时间调节、非均匀性校正、偏振度计算以及GPU并行算法。开展了目标场景红外与偏振成像实验,获得了分辨率为500×268的红外图像和红外偏振图像。     

基于改进伽马曲线的星载长波红外焦平面非均匀性校正算法

随着长波红外探测器技术的进步,通过选用宇航级大阵列长波红外探测器,天基红外遥感卫星技术得到快速发展。长波红外探器响应强非线性导致传统的基于线性模型的非均匀性校正算法校正误差大,从而影响卫星在轨使用效能。针对该问题,结合大量实验室数据和卫星在轨数据的统计分析结果,建立了一种新的长波红外探测器非线性响应模型,据此提出了一种基于改进伽马曲线的非均匀性校正算法,以有效克服探测器响应强非线性对校正精度的影响。该算法首先建立基于改进伽马曲线的探测器非线性响应模型,依据此模型对获取图像进行非线性压缩映射,实现探测器响应的线性化,然后利用星载基于定标技术的线性化算法实施非均匀性校正,同时,定标温度点根据所建立模型参数动态更新,最后通过逆非线性化压缩映射还原出实际的非均匀校正后的图像。基于人造黑体和在轨实景红外图像的实验结果表明,该算法有效解决了探测器响应强非线性对校正精度的影响,校正后图像的视觉效果和定量化指标均优于传统的星载非均匀校正算法。     

同时偏振成像仪检偏方位校正研究

同时偏振成像探测技术是近年发展起来的新型遥感探测技术,该技术采用分振幅方式,在同一个探测器上同时获得被探测目标0、45、90、135四个偏振方向的偏振强度图。这四个检偏方位受到仪器自身偏振效应、偏振器件误差和膜层的影响会发生偏离,为了保证偏振探测精度,对系统的四个检偏方位采用Equator-Poles 定标和曲线拟合的方法进行校正,两种方法测量结果一致性在0.4%以内。线偏振度实测精度与理论分析精度都在2%以内,这验证了检偏方位校正的有效性。     

红外探测器非均匀性校正系统研制

分析了红外焦平面阵列（IRFPA）基于定标的非均匀性校正算法和基于场景的非均匀性校正算法的优势和不足。针对红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型这一特点,提出了一种基于S曲线拟合的校正算法。利用FLIR公司的长波非制冷红外探测器进行信号采集,建立了焦平面探测元的响应模型。描述了基于FLIR长波非制冷红外探测器在FPGA平台的处理流程,并实现了S曲线校正算法,提高了红外图像的质量。实验表明,经过S曲线拟合校正处理,减弱了红外图像的条纹噪声,使IRFPA组件的非均匀性从6.45%降低至2.06%。     

水下目标自然光偏振成像的研究

采用白炽灯作光源、面阵CCD作探测器,用圆偏振和线偏振技术并且改变光源能量对水下目标进行成像。通过比较图像清晰表明用自然光照明无论是采用圆偏振技术还是采用线偏振技术都可提高水下目标成像的清晰度和成像距离,且当偏振条件一定时适应提高光源强度能使图像变得更清晰。     

多角度偏振成像仪高精度辐射定标方法

开展高精度辐射定标方法研究,对于多角度偏振成像仪实现大气气溶胶粒子分布和微观物理特性探测反演的科学应用至关重要。采用傅里叶级数的分析方法,建立了全视场起偏度的测量模型,消除了参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现了光学系统偏振特性的准确测量。结合多角度偏振成像仪的辐射与偏振定标模型,开展了光学系统偏振特性的校正方法研究,实现偏振特性引起辐射定标不确定度由8%下降至2.2%以内。利用高精度二维转动平台和大口径积分球辐射源,采用分视场测量方法, 校正像元响应非一致性,实现相对辐射校正精度优于0.5%。采用基于标准灯漫反射板的辐亮度量值传递链路,经过各影响因素的分析评测,所有波段辐射定标精度均优于5%。     

多角度偏振成像仪相对光谱响应定标方法

相对光谱响应是检测和评估多角度偏振成像仪性能的基本参数之一。采用基于激光泵浦氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜, 搭建了一套多角度偏振成像仪相对光谱响应测量装置。采用分束镜同步测量的方法,降低光源的非稳定性影响;针对测试过程繁琐和测试时间长的问题, 在基于现有不同开发平台开发的单色仪和数据采集系统的基础上,采用ActiveX控件与动态链接库技术,研制了一套相对光谱响应自动测试系统,降低时间 非稳定性影响,提高测量精度和效率。采用多角度偏振成像仪490 nm和865 nm偏振通道作为应用案例,开展了相对光谱响应的整机测试实验。实验结果 表明多角度偏振成像仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.11%以内,满足响应非一致性优于0.6%的定标要求。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

Fast Room Temperature Detection of State of Circular Polarization of Terahertz Radiation

We report on a room temperature detector which allows to determine and monitor the state of polarization of terahertz radiation with picosecond temporal resolution. The detector is based on the circular photogalvanic effect recently observed in GaAs/AlGaAs quantum wells. The circular photogalvanic effect yields in response to elliptically polarized radiation a current signal proportional to the degree of circular polarization. The peak current signal occurs in unbiased samples for circular polarization, vanishes at linear polarization and changes sign by switching the helicity from right-handed to left-handed. The detector consists of a (113)A MBE grown pGaAs/AlGaAs multiple quantum well structure. The response has been measured in the wavelength range between 76 μm and 280 μm at normal incidence of the radiation on the sample.