偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

采用条纹管激光成像系统的偏振成像实验

采用条纹管激光成像系统的激光偏振成像是对现有的条纹管激光三维成像的进一步延伸,如果在充分利用该成像系统获得的强度像和距离像的基础上,再加上偏振信息,则能实现对目标高精度的探测和识别.对采用条纹管的激光偏振成像进行了初步的实验研究,提出了两次测量的偏振成像实验方法,处理了实验中获得的几种特定目标的条纹图像,得到了目标的强度像和偏振度图像,并进行了比较.结果表明:偏振度图像比强度像对比度高,克服了光源辐照不均匀的缺点.证实了偏振成像的可行性,为完善成像实验系统,提出了用一次测量就能完成偏振成像的实验方法,融合强度像和偏振度图像的处理方法将实现对目标更高精度的探测.     

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.     

基于水面特征波纹的潜艇多波段光电偏振成像探测性仿真研究

潜艇探测技术是海疆国防急需的关键技术,潜艇的“直接”和“间接”成像探测往往都涉及到水面波纹的检测问题。基于偏振成像的探测方法能有效地探测水面的三维波纹面形,其中对水面偏振特性的检测与计算是面形重建的重要一环。建立了水面光电偏振模型,对不同气象条件、水温下昼夜可见光与红外波段水面偏振特性进行了仿真分析,结果显示水面可见光和短波红外波段偏振主要是s偏振,中波/长波红外波段偏振是p偏振;随着入射角的增大,偏振度先增大后减小,且水面红外偏振度随着温度的升高而增大。搭建了基于Stokes矢量的偏振成像检测系统,对可见光波段、中波红外和长波红外波段的水面偏振度进行了实验测量,仿真结果与测量结果基本一致,证明了光电偏振探测模型的有效性。分析了常见波段偏振成像探测的特点,可为水面偏振特性的分析及计算提供理论仿真和实验方法。     

解偏振度的测量及偏振成像探测识别

在对解偏振进行定义的基础上,用Mueller矩阵参数元表述了解偏振度,并根据斯托克斯-Mueller矩阵关系式,设计了实验装置测量两种硬币的解偏振度。用线偏振激光作光源、CCD相机做成像探测器的方法对包含有两硬币的目标进行主动成像实验,实验中,采集了六张不同偏振夹角的偏振图像和一张无检偏振器时的图像。实验证明,利用偏振技术并通过选取合适的偏振夹角对目标进行成像的方法,可以有效地提高成像探测的图像对比度,有利于目标的探测与识别。     

光束会聚对光学偏振探测影响的分析

为了得到由于偏振成像系统自身的光束会聚现象导致仪器偏振测量产生误差的规律,采用空间偏振光束追击矩阵理论,对平行于光轴方向振动的透射光强对偏振测量精度的影响进行了理论分析.结果表明,偏振光束会聚导致实际测量的偏振度小于光束真实的偏振度;光束会聚程度越高,测量的偏振度与光束真实偏振度的误差越大;在光束会聚状态和偏振测量条件...     

基于叶片含水量的激光偏振成像模型研究

目标物体的偏振特性是一种固有特性,由目标的外部结构、内部结构以及入射角度等决定,因此利用偏振信息研究植物叶片含水量测量。主要研究过程分为以下五个部分:搭建激光偏振成像测量实验系统、计算目标偏振度、测量叶片实际含水量、建立偏振度与叶片含水量间映射模型、验证映射模型。根据目标与环境特性,选择和调整实验器件和实验步骤;基于图像灰度提取方法计算目标偏振度;采用水分梯度处理方法测量叶片实际含水量;基于统计方法建立叶片偏振度与含水量的一到三阶函数映射模型,比较一到三阶模型的稳定性与预测能力分析其适用情况,为利用偏振测定植物叶片含水量的方面提供理论基础。结果发现:在含水量所处15%~75%区间内,偏振度随着水分含量上升呈现一个递增趋势。含水量较高情况下,递增关系较明显;含水量较小情况下,映射关系不显著。     

通道式偏振遥感器偏振解析方向测量误差分析及验证

通道式遥感器的偏振测量核心部件通常是相似的,即不同偏振解析方向的检偏器组合进行探测。同一系统中不同偏振解析方向之间的相对角度误差成为影响偏振遥感探测精度的重要因素之一。文中对该相对角度误差的影响以及提高测量精度的方法进行了研究。首先,分析了相对角度误差对偏振测量精度的影响;其次,对测量过程中存在的误差源进行了仿真分析及实验对比分析,根据该设计具体的实验参数和实验方法,验证仿真结果的正确性;最后,通过通道式遥感器偏振实测结果验证其测量的可靠性。系统偏振度测量值与可调偏振度光源输出的偏振度参考值比对,最大平均偏差为0.735 3%;与CE318测量比对的最大平均偏差为0.036。实验结果满足实际使用的偏振测量精度要求,说明偏振解析方向测量方法选择合理,可以为偏振遥感器的装调和高精度定标提供参考。     

成像偏振测量技术及其应用

成像偏振仪是利用了现有的辐射成像技术和偏振测量技术的原理，加以技术上改进，获得待测目标的偏振参数（偏振度、偏振方位角和偏振椭率等）的灰度图的仪器，具有准确度高、信息量丰富的优点。近两年，国外对成像偏振技术（尤其是全偏振态的成像技术）的研究非常重视。成像偏振测量技术把信息量从三维（光强、光谱以及空间）扩充到七维（光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振椭率），能同时得到直观的各偏振参数灰度图和各观测点的详细偏振数据信息。另外，成像偏振技术在军事上也有其特殊的用途（尤其是椭圆偏振态的测量）。     

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

光电成像系统的绝对光谱响应效率测量及分析

为了准确测量光电成像系统的绝对光谱响应效率,采用光学系统光能量传递公式以及图像传感器的物理模型,得到了光电成像系统绝对光谱响应效率的计算公式,在此基础上设计了基于积分球、多光谱发光二极管光源、标准探测器及透射式平行光管的光电成像系统绝对光谱响应效率测量装置,并对光谱响应效率已知的可见光数字相机进行实验测量和分析。结果表明,在380nm~1100nm波长范围内测量装置测得的可见光数字相机的绝对光谱响应效率与标准值具有较好的一致性,最大相对误差为1.7%,各波长点的测量不确定度在置信概率为95%时均小于0.2%,满足一般的测量要求。该装置能够准确地对光电成像系统的绝对光谱效应效率进行测量。     

紫外偏振成像系统定标实验方法研究

紫外偏振成像技术在痕迹检测、宇航探测等方面有着独特的优势, 然而目前已开展的研究主要针对紫外偏振 成像技术和系统本身, 而针对紫外偏振成像系统定标方法的研究还相对缺乏。为了解决紫外偏振成像系统的定标问 题, 利用自研的紫外偏振分时成像系统研究设计了一种系统定标实验方法。通过分析紫外偏振成像系统的设计原理, 开展定标实验, 实现了紫外偏振成像系统的辐射定标和偏振定标。测试结果表明, 定标后系统均匀性误差降至 1% 以 下, 偏振度测量误差小于 2%, 满足系统定标精度要求, 验证了该定标实验方法的有效性, 对紫外偏振成像系统定标具 有指导意义。     

一种基于共轴干涉的相位物体定量成像技术

为了实现生物组织及相位光栅等透明相位物体的快速定量相位测量与成像,基于共轴干涉及相衬干涉原理,构建了一套相位物体定量相位快速测量与成像系统。分析了定量成像原理,设计了相应的相位提取及恢复算法。通过拍摄单幅或两幅相衬图,实现了相位光栅、水滴等小相位变化的相位样品的定量相位测量与成像。设计了相应的分区差分相位解包裹算法,实现了相位值超过π的微透镜的定量相位测量与成像。结果表明,通过该系统测量所得到的全息相位光栅的相位分布以及不同超声驱动电压下弱超声驻波光栅的相位振幅变化关系与其它方法所得的测量结果基本一致;微透镜的实验测量厚度值与理论计算值相比,绝对误差约为0.03μm。本系统具有一定的可行性和适应性,在生物细胞和组织等透明相位物体的快速测量与成像方面有潜在的应用意义。     

基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像技术

针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器（Acousto-optic tunable filter，AOTF）和液晶可变延迟器（Liquid crystal variable retarder，LCVR）的光谱偏振成像测量精度影响大，且整个系统实现复杂等缺点；考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小，结合AOTF高光谱成像的优点，提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理，并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动，进而分析了该波动对偏振测量的影响，并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机，对450~950 nm波段进行了偏振测量，修正后偏振度测量误差 1%，对偏振方向的测量偏差 1.8，以633 nm为例，对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验，结果表明，该新技术原理正确，修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。     

偏振正交误差对偏振光导航定位系统测量精度的影响

偏振正交误差是影响四通道时分复用大气偏振检测系统精度的主要因素。通过建立检偏器阵列偏振正交误差对偏振光导航系统定位精度的影响模型,分析了该误差对大气偏振测量精度与导航定位精度的影响,并进行了实验验证。理论与实验结果表明,降低检偏器阵列偏振正交误差,可以显著提高系统大气偏振测量精度与导航定位精度。当检偏器阵列偏振正交误差无法消除时,调整定位初始角可以明显提高系统测量精度与导航定位精度。     

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。     

近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型

在光电成像领域,偏振滤波抑制大气背景光是提高成像质量的重要技术途径,其前提条件是分析和计算近水平观测条件下大气背景光偏振度。经典的Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型在近水平观测条件下计算大气背景光偏振度存在较大误差。通过改进Wilkie模型,给出以观测地的经纬度、观测日期和时间、观测方向及大气能见度为输入的近水平观测条件下大气背景光偏振度的计算模型。实验表明:该模型在近水平观测条件下取得比Rayleigh散射理论和Wilkie天空光偏振模型更精确的大气背景光偏振度计算结果。此外,分析了偏振片消光比对大气背景光偏振度测量误差的影响。     

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%。     

弹光调制偏振Stokes参量测量及误差分析

为了更简便地实现Stokes矢量测量，采用一种工作在不同频率上的双弹光调制器，利用它的频率叠加对光进行调制，产生载有被测量的高频调制分量，通过锁相一次得到了适用于所有偏振态测量的4个Stokes分量，且进行了理论分析、仿真验证以及误差分析，即对相位延迟幅度、入射角等因素对测量结果的影响进行了分析。结果表明，该方法实现了只需测量一次便可测出偏振态的所有分量，为进一步工程实现提供了基本的理论支撑。