应用焦区受激布里渊散射特性探测水下物体

为了实现对水下物体的实时监测,提出采用焦区受激布里渊散射方法直接探测水下物体.通过理论模拟给出在一定焦距下Stokes光能量随探测物体距离信号消失的位置及泵浦光与Stokes光的时间间隔随物体距离的变化关系.运用调QNd:YAG激光器基频光倍频后的输出波长为532nm,脉宽为10ns的脉冲激光进行了焦区内水下物体的探测实验.实验结果表明,当物体在焦斑前时探测误差最小,在188cm探测范围内,探测误差均小于4%.     

航空多角度偏振辐射计信噪比不确定性数学模型

信噪比(SNR)作为评价遥感系统探测能力的一项关键指标,反映了遥感系统的灵敏度。信噪比的不确定度反映了仪器满足测量需求的信度水平。通过对航空多角度偏振辐射计(AMPR)工作原理的分析及其观测Stokes矢量与偏振度信噪比的讨论,提出了AMPR信噪比的不确定度数学模型。基于该模型,利用积分球对AMPR信噪比不确定度进行实验室验证。验证结果表明,当探测偏振度大于1%或2%时,AMPR信噪比不确定度分别不超过10%或5%(1σ)。     

Stokes偏振仪波片快轴方位误差敏感性研究

针对波片快轴方位误差严重影响旋转波片Stokes偏振仪的入射光Stokes矢量的反演精度等问题,本文提出一种研究波片快轴方位误差敏感度及误差最小化的方法。首先,推导出由波片方位误差向SV反演误差的传递矩阵W,利用协方差矩阵研究Stokes矢量反演误差向量,提炼出评价偏振仪误差敏感度的参数EWV。其次,研究了EWV与波片方位角、波片位相延迟量和光强测量次数的关系。最后,为了抑制三种主要误差源对Stokes矢量反演的影响,对4次光强测量的旋转波片Stokes偏振仪中波片方位与波片位相延迟量进行了研究。结果表明,基于参数EWV的波片快轴方位误差敏感度及误差最小化的方法可以有效描述波片快轴方位误差对Stokes矢量的反演精度的影响,提高Stokes矢量反演精度。     

透镜中心厚度测量仪的设计

透镜中心厚度是光学系统中的一个重要参数，其加工精度直接影响光学系统的成像质量。为便于检测透镜中心厚度，本文以干涉法为基础，设计了一种检测仪器，并介绍了该检测方法的测量原理。为保证其测量精度，在被测透镜的装卡机构中采用了自动定心装置，借助该装置的自动寻找透镜中心的功能，可以使仪器的测量精度提高到3μm。     

跨孔电阻率CT在防汛墙抛石探测中的应用

抛石范围的探测对于港口建设、防汛墙加固改建、滨江改造等工程都具有重要意义。由于探测对象抛石位于水下,常规的地面探测手段难以实现或取得理想的探测效果。为解决上海市黄浦江沿岸某处水下抛石的探测问题,本文采用了跨孔电阻率CT方法开展探测试验,即通过在水域设置钻孔、并将电极放置入测孔中,充分发挥该方法传输路径简单、信号保真度大的特点。通过现场试验,在六个钻孔内采集了二个断面的视电阻率数据,并采用最小二乘方法对采集数据进行反演成像,获得了探测区域内的电阻率分布。在其它验证钻孔的约束下,对探测区域内的抛石分布范围和埋深进行了合理的解释。探测结果表明,跨孔电阻率CT法可以有效地对防汛墙抛石范围进行探测,可以提供水域内抛石分布范围及顶、底界面等信息。     

基于偏振信息的水下目标显著性检测

针对传统显著性检测方法过分依赖光谱及光强特征,不能很好地适用于复杂多变的场景,提出一种将偏振特征与显著性模型相结合的水下图像显著性检测方法。首先从获取的水下目标偏振信息中提取偏振度和边缘特征,然后完成种子点筛选及扩散,最后利用竞争网络实现注意焦点转移,检测出水下目标显著性区域。实验结果表明,该方法明显优于其他同类方法,能够提高显著性区域提取的准确性,改进水下图像智能分析。     

基于光轴垂直双目立体视觉系统的物体运行姿态研究

提出了一种采用光轴垂直的双目视觉测量技术获得运动物体运行姿态角的方法。首先,对光轴垂直立体视觉系统进行了建模;然后,采用光轴垂直原理求取被测物体在某时刻的中轴矢量;最后,通过建立中轴矢量与姿态角间的数学关系得到被测物运行时的姿态角。实验结果表明,该测量方法具有较高的精度和速度,能满足远距离运动的被测物体运动参数的测量要求。     

基于拼接面型的双通道光学系统设计与分析

为了满足不同视场的探测需求,且兼具结构简单的光学系统,提出了一种新型共透镜式双通道光学系统,其每个通道可用于实现不同的探测需求。两个通道组合成一个系统而没有任何结构重叠,并在同一像面上成像。此外,在光学系统中对前两个透镜表面使用拼接面型,以确保镜片表面面型没有发生突变,从而保证其制造和组装的可行性。最后,设计了一个系统原型进行验证。在中心半视场通道(0°～10°)处提供3 mm焦距,在边缘半视场通道(35°～50°)处提供1.5 mm的焦距。光学系统的成像性能接近衍射极限。因此,该系统具有径向变焦特性,可以在中心视场通道具有更详细的视觉分辨能力,而边缘视场通道用于探测目标所处的区域。这种系统可用于监视、检测和导航等领域。     

微观平面物体的三维成像技术

利用偏振技术,设计出微观平面物体的三维放大成像系统,解决了特殊物体的三维放大成像问题。该系统主要包括显微成像和照明系统两个部分,系统放大倍数为100,采用LED作为照明系统光源,使物体在经过偏振器件和光学系统后的亮度满足人眼的要求。设计的显微系统的前工作距离为56 mm,满足系统的大于50 mm的设计要求。显微成像系统成像质量较高,空间分辨率达到0.004 mm,照明系统的像面平均照度为600 lx。     

微观平面物体的三维成像技术

利用偏振技术,设计出微观平面物体的三维放大成像系统,解决了特殊物体的三维放大成像问题。该系统主要包括显微成像和照明系统两个部分,系统放大倍数为100,采用LED作为照明系统光源,使物体在经过偏振器件和光学系统后的亮度满足人眼的要求。设计的显微系统的前工作距离为56 mm,满足系统的大于50 mm的设计要求。显微成像系统成像质量较高,空间分辨率达到0.004 mm,照明系统的像面平均照度为600 lx。     

Restoring Polarization Angle Map for High-Fidelity Underwater Imaging

Obtaining polarization information enables researchers to enhance underwater imaging quality by removing backscattering effect and to distinguish targets of different materials. However, due to the simplified assumption of unpolarized target light, most of the existing underwater polarimetric methods lose part of the polarization information, resulting in degraded imaging quality. In this work, a novel underwater polarimetric method is reported, which obtains the angle of polarization (AOP) map to improve imaging quality. Specifically, the Stokes vectors were exploited to remove the backscattering effect by obtaining two pairs of orthogonal polarization sub-images of the underwater scene. The target reflected light and the angle between the polarization directions of the target reflected light and the backscattered light were computed through the two groups of the orthogonal polarized sub-images. The AOP map of the target light could be derived from the Stokes vectors. Then, the transmission map of the target light was estimated by using the non-local color priorly combined with the properties of light propagating underwater. Experiments show that the reported technique enables distinguishing different targets when the colors are similar. The quantitative metrics validate that the reported technique produces state-of-the-art performance for underwater imaging.     

偏振光子的水下传输特性分析

提出了利用蒙特卡罗法对偏振光子在表层叶绿素浓度不同的4个海域中的水下传输特性进行研究。首先建立了水下量子信道垂直传输模型,基于此模型分析了在4个海域中叶绿素浓度、海水对光信号的吸收系数和散射系数随海水深度的变化规律。随后仿真分析了4个海域中偏振光子的散射、衰减和偏振度特性随传输距离的变化趋势,给出了不同传输距离时计算接收总光子数的公式。仿真结果表明,海水对光信号的吸收和散射作用主要受叶绿素影响;随着不同海域的表层叶绿素浓度增大,光子的散射次数增加,最远接收距离减小,光子偏振度略微降低但基本保持不变。研究结果可以为星-潜量子通信系统的性能分析和建立提供一定的参考。     

Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测

太阳光经过地球大气散射所形成偏振分布的模型与预测在仿生偏振导航传感器系统中起着关键作用。研究了天空中偏振光的产生机理,天空中偏振光的分布模式。根据Rayleigh散射理论和天文学知识,利用C 语言和OpenGL软件开发包在VC环境下进行编程工作,完成了太阳视位置,天空中观测方向光束的偏振方位角和偏振度信息,以及斯托克斯参量的计算。建立了2维、3维球面模型,能够实时动态仿真太阳视位置的运动,全天空偏振光分布模式的变化。与文献中的实际测量比较,表明计算模型准确有效。     

基于PIN型硅光电二极管的激光偏振态探头

综合考虑了PIN型硅光电二极管的高灵敏性、高稳定性、高响应速度、小体积及低成本的优点,主要研究了基于PIN型硅光电二极管的光强探测电路在激光偏振态测量系统中的应用.采用Stockes参量测量的LCVR调制法,将光强探测电路和光学检偏系统封装在一起构成激光偏振态测量探头,探头以STM32F103为控制器通过USB协议实现数据在上位机与控制器之间的传输.利用该探头完成808nm激光的偏振态测量,实验结果显示该偏振态测量探头具有较高的测量精度,且该偏振态测量探头具有结构简单、测量精度高、体积小、人机交互便捷、操作简单的特点.     

光学系统像面强度的偏振分析

引入偏振像差矩阵的概念,描述光学系统的偏振像差,建立了光学系统的偏振像差矩阵和复振幅响应矩阵之间的关系,并推导出光学系统像面强度的分布函数和入射光的偏振度以及光学系统的平均线偏振灵敏度的成积成正比。最后,以航天光学遥感器中常用的卡氏望远镜以及扫描系统为例,计算并分析了入射光的偏振度和光学系统的平均线偏灵敏度对像面中心点强度的影响。     

月球模拟器光学系统设计

针对传统的月球模拟器的辐照特性差、体型巨大、成本较高等缺点,本文应用液晶光阀技术设计了一种新型的月球模拟器,并重点对月球模拟器光学系统进行了研究。选用LCOS芯片作为模拟光源的调节器件,采用偏振分光棱镜将照明光源发出的光变为偏振光,通过控制系统对LCOS芯片的控制,利用LCOS芯片的反射特性对偏振光进行调节,实现了不同有效通光孔径的模拟,通过光学系统对LCOS反射光进行优化,将出射光调制成像质不失真的月相,可以模拟不同的月相及辐射特性。相对传统月球模拟器,采用LCOS器件的月球模拟器有效的提高了控制精度与模拟能力、减小了模拟器体积。仿真结果表明：设计的月球模拟器光学系统可以满足设计要求,并且亮度不均匀性好。     

噪声光下的水下无线光通信理论与实验验证

环境光噪声干扰下的水下无线光通信是水下无线光通信研究中的一个重要场景。提出了环境光噪声干扰条件下的水下无线光通信性能理论模型,搭建了环境光噪声干扰下的基于852nm波长的水下无线光通信实验平台,并进行了实验验证。结果显示,实验结果与理论结果一致,证明使用滤光器可以有效地提升环境光噪声干扰下的水下无线光通信的通信性能和链路长度。实验中使用干涉滤光片可得到5.21dB的Q因子增益。理论结果表明,在正交相移键控调制下通过使用干涉滤光片可使传输链路长度延长34.8%。理论分析模型可为环境光噪声影响下的多种通信波长多种调制格式的水下光通信链路的设计提供设计指导。     

航天遥感器的空间目标成像模型研究

提出了一种新的空间目标的成像模型,用于仿真模拟航天遥感器观测到的空间目标成像特性的分析与实验.假定空间目标几何形状为球形,使用已有的空间目标照度计算公式,建立了目标星等仿真计算模型;通过使用航天遥感器CCD、光学系统参数和目标星等计算模型,可得到空间目标在理想观测条件下的航天遥感器焦平面上点源响应的信号强度和图像;考虑到航天遥感器与空间目标的相对运动关系,建立了空间目标在实际观测条件下的航天遥感器焦平面上线成像的能量分布模型和运动引起的模糊图像;综合使用上述几种模型,可生成空间目标在航天遥感器不同成像观测条件下的动态帧序列图像,以满足空间目标的探测与识别仿真算法研究的需求.     

分形碳烟粒子的散射特性研究

基于分形的基本概念,模拟了自然界中由燃烧过程所产生的碳烟粒子的分形结构．并结合研究多体散射问题的T矩阵方法以及矢量球谐函数的加法定理,计算了结构不同、组成体系粒子数目不同碳烟粒子体系的线性极化度以及电磁散射强度特性．计算结果显示体系散射矩阵的角分布与其结构特征紧密相关．对粒子数目相同,结构不同的分形粒子其前向散射强度几近相同;但对组成结构相同粒子总数不同的粒子体系,其前向散射强度却可以加以分辨．     

双光路偏振测量系统的研究

传统的偏振测量仪由于采用单光路测量系统,测量精度受光生限制较大。一种新的改进方案我路偏振测量系统,通过适当地选择两光路检偏片的通光轴位置并引入中间参数Ｐ,可以使系统的测量精度提高一倍,并降低了对系统元件透光性和偏振元件制度精度、安装精度的要求,建立了它的测量模型,进行了系统精度分析,利用该系统地葡萄糖溶液深度进行了测试实验,得到了和理论推相一致的结果。该系统可用于生物学和医学分子结构研究和溶液浓度