基于红外偏振特性的水面溢油检测实验研究

水面溢油是一种常见的水体污染,在电磁波辐射过程中,反应出与其自身性质相关的红外偏振特性.利用红外偏振特性反演水面溢油特征成为水体监测的一种新方法.在介绍了红外偏振成像原理的基础上,对不同温度条件下水面溢油的红外偏振特性进行了实验研究.结果表明,利用水面溢油的红外偏振特性,可实现对水面溢油的有效检测.     

差分偏振FTIR光谱法探测水面溢油污染的模型分析

海上溢油污染严重危害着海洋生态环境,为了能够及时了解某一水域的溢油污染程度以及溢油的种类,提出了差分偏振傅里叶变换红外(FTIR)光谱法遥感水面溢油.通过获取分析目标在水平和垂直两个偏振方向的偏振强度差谱,对水面油膜实现了直接探测,并且通过分析差分偏振FTIR光谱中的光谱特征,可以识别水面溢油的种类,弥补了传统热红外遥...     

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。     

一种基于偏振特性的水面溢油实验检测方法

水面溢油在反射与辐射过程中,表现出与其自身性质相关的偏振特性,这种与水面溢油性质相关的偏振特性可用Stokes矢量表示.以650 nm的线偏振激光为光源,在实验室用偏振分析仪测量了水面与油面反射时的stokes矢量.通过调节线偏振光的振动面与入射面的角度,实验发现水面与油面的stokes矢量在邦加球中的轨迹有明显的区别...     

偏振傅里叶变换红外光谱仪定标研究

利用偏振傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪测量目标红外偏振特性,需要对偏振FTIR光谱仪进行定标,计算出红外辐射目标的绝对光谱能量分布。利用黑体进行偏振FTIR光谱仪定标时,发现不同偏振检测方向的仪器响应有一定偏差,即仪器存在偏振敏感性。通过对仪器偏振特性的定标检测,得到仪器偏振响应函数和偏置特性曲线,应用定标结果,将会消除红外偏振仪器自身的偏振敏感性对目标偏振特性的影响,为提高目标的红外偏振探测精度打下基础。     

沙漠背景下红外偏振图像目标检测方法

红外偏振成像探测同时探测目标的强度辐射与反射偏振态,可以获取传统光学无法获取的目标。偏振探测获取的偏振度、偏振角等信息反映不同的物理特性,与强度图像有较强的互补性。针对该特性,提出一种沙漠背景目标红外偏振图像检测方法。使用一种改进的核模糊聚类算法对红外图像和偏振图像进行聚类处理;利用稀疏融合方法将聚类后的红外图像和偏振度图像中的物体信息充分结合,以区分目标与背景,以达到目标检测的目的。实验表明,提出的检测方法相对小波融合和拉普拉斯金字塔融合结果噪声更低、细节更清晰。     

利用热红外偏振成像技术识别伪装目标

介绍了热红外偏振测量的原理,采用利用偏振信息在红外图像中识别伪装遮障的方法研制了一台热红外偏振成像仪,编写了偏振信息分析软件。利用该系统对地物背景（土壤）中的不同种类金属目标板及红外伪装遮障进行了热红外偏振成像探测实验。结果表明：在利用热红外偏振探测系统获得的Stokes矢量图中, 地物背景、金属目标板及红外伪装遮障的热红外偏振特性各不相同,并且和其红外辐射强度无关,相对红外强度探测更容易从地物背景中识别出金属目标板及红外伪装遮障。     

一种偏振红外图像的像素级融合算法

偏振红外成像是红外成像技术的一个发展方向.偏振红外成像是利用红外光线的偏振态进行的"偏振梯度"成像和"偏振滤波"成像.从理论上说,即使两物点之间没有温差,只要存在着一定的偏振梯度,也能够清晰地成像,即偏振成像不但有普通红外成像的特点,还具有矢量成像的优势.换句话说,偏振红外成像和传统红外成像是兼容的.笔者的研究工作集中于同一景物的不同偏振态红外图像的融合.根据图像融合的一般原则,针对偏振红外图像的特性,提出了在像素层的一种融合算法.经过仿真表明该方式有一定的效果.通过融合增强了红外图像的图像效果.     

目标场景红外偏振成像仿真技术发展综述（特邀）

红外偏振成像技术是一种结合红外成像和偏振成像两个维度的新型探测技术。红外偏振成像仿真技术能够产生大量数据对红外偏振成像系统进行训练,能够有效地提升系统平台性能,缩短研发时间,降低投入成本。近年来,国内外学者开展了大量红外偏振成像仿真、双向反射分布函数模型以及目标材料红外偏振特性的研究工作。文中主要介绍了目标场景红外偏振成像仿真技术的研究背景、基本原理以及国内外发展历程,并展望了此项关键技术的应用价值和发展趋势。     

目标红外偏振特性的影响因素研究

红外偏振是近年来发展起来的一种新技术,对增强目标与背景的对比度、识别伪装目标效果明显.本文设计了一套红外偏振成像系统,并制作不同粗糙度、不同材料的样板,在不同的观测角进行偏振成像实验,研究粗糙度、材料和观测角对目标偏振特性的影响.实验结果表明,表面越光滑,目标偏振特性越明显;不同材料的目标,偏振度不同;随观测角度增加,偏振特性也越来越明显.研究初步表明,粗糙度、观测角和目标材料是决定目标偏振特性观测结果的重要因素,目标偏振特性影响因素的研究对偏振探测技术的应用具有一定的指导意义.     

海面环境中红外偏振成像系统作用距离模型

诸多实验证明海面辐射具有偏振特性,目前还没有有效的红外偏振成像系统的海面目标探测能力的相关理论。利用T. Elfouhaily提出的海浪方向谱模型反演出海浪高度分布;通过一种基于Monte-Carlo光线逆追踪的方法分析了海面的红外偏振辐射特性;根据Stokes矢量分量的噪声特性建立了Stokes矢量各分量的最小可分辨温差值(MRTD)计算方法;并在此基础上,利用Stokes矢量分量的MRTD与场景的表观温差(ATD)的差异建立了海面环境中的红外偏振成像系统作用距离模型。     

目标红外偏振探测原理及特性分析

红外偏振信息的获取扩展了目标信息的维度,具有广阔的应用前景。与可见光相比,红外辐射不仅包含反射辐射还包含其自身的自发辐射,因此在考虑红外偏振特性时,需要结合目标红外反射辐射以及自发辐射的偏振特性来分析。初步分析了红外自发辐射和反射辐射的偏振特性,介绍了红外偏振信息的表示方法以及获取方式;运用一套分时的红外偏振探测系统获取目标偏振信息,通过对实验数据的分析,归纳出一些红外偏振探测相对于常规红外探测的优势;最后结合当前国内红外偏振探测的现状,分析了偏振探测发展趋势。     

伪装涂层红外偏振辐射特性实验研究

伪装涂层的红外辐射强度信息较弱,但红外偏振信息相对较强,以钛合金为基底的伪装涂层样品为实验对象,研究了其红外偏振光谱特性及方向特性,设计实现了伪装涂层钛合金人造目标的红外偏振成像检测实验,实验结果表明,利用红外偏振成像检测技术能够实现对伪装涂层金属人造目标的有效检测。     

基于偏振权重局部对比度的目标检测

分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像,传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像,然后再实现后续的任务。然而,去马赛克过程会引入误差,而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题,本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异;然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核;在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图,在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外,利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果,得到更加完整的检测结果。最后,使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。     

大气对红外偏振成像系统的影响

红外偏振成像系统探测的是某个特定偏振方向上的目标和背景辐射强度,有必要对不同目标的偏振特性及偏振辐射大气传输进行研究。首先采用双向反射分布函数对反射辐射偏振特性进行了分析,推导出了反射辐射偏振度的一般表达式。根据表达式模拟了目标的物理特征对反射偏振特性的影响。随后利用MODTRAN软件在典型大气条件下对红外波段的大气吸收以及程辐射进行了建模和计算。大气中的悬浮颗粒对目标的红外辐射进行散射,场景的偏振度随传输距离衰减。对目标反射辐射偏振特性的仿真结果与实测数据基本吻合,验证了理论的正确性。考虑大气对偏振辐射传输的影响使得计算结果更加合理和准确。     

基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法

针对红外目标探测所面临的杂波干扰问题,提出了一种基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法。首先,利用人工目标和自然背景偏振特性的差异,建立了目标与背景的红外偏振信息模型,分析了其中强度信息和偏振信息的构成以及目标偏振信息的提取与增强办法。然后,将斯托克斯矢量、部分偏振光分解、变偏振理论相结合实现了目标偏振特征的提取与背景杂波抑制及随机噪声消除,进而实现了红外小目标的检测。仿真数据实验结果及与现有方法的对比证明了该方法的有效性和可靠性。该方法可用于对抗红外伪装隐身及红外诱饵技术,提升红外目标的探测能力,富有应用价值。     

水面溢油可见/近红外偏振光检测方法研究

在前期水面溢油偏振光检测方法的基础上,分析了液面反射光偏振状态在邦加球中的变化,给出了这种测量方法的物理分析。该方法以线偏振光作为入射光源,在入射光的布儒斯特角附近,利用反射光偏振状态在邦加球中轨迹的不同,达到检测不同种类油、水以及不同厚度油膜的目的。进一步以650,850,1064,1310,1550nm可见/近红外波长线偏振光以及不同油种做了实验,实验结果与物理分析一致。     

红外偏振图像的目标检测方法

红外偏振成像探测通过对目标辐射和反射偏振态的探测,针对传统光学无法解决的问题,在目标检测方面取得高精度的结果,特别是在军事探测中,能够快速地将混杂在自然背景下的人造目标检测出来,以增强对目标的识别。偏振探测中所依据的强度、偏振度及偏振角信息反映出的不同物理特性,具有很强的冗余性和互补性。针对该特性,提出一种红外偏振图像的目标检测方法:首先使用Mean-Shift算法对红外图像和偏振度图像进行聚类处理;然后利用DS证据理论将聚类后的红外图像和偏振度图像中的物体信息充分结合,以区分目标与背景,达到目标检测的目的;最后通过仿真实验图像与小波融合图像结果的对比表明该算法的优势。     

土壤热红外辐射及其偏振辐射特性影响因素分析

针对目前地面目标热红外通道辐射特性及其偏振辐射特性的遥感探测需求,将五大典型地面目标之一——土壤作为研究对象,并利用地物热红外多角度偏振遥感测量平台及仪器获取了不同因素影响下的土壤热红外多角度热辐射与偏振辐射数据.分别从探测角、方位角、波段、偏振角和土壤类型五个方面研究了土壤的热辐射特性及其偏振辐射特性.结果 表明,当...     

采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验

偏振探测有利于改善对目标的探测和识别能力,是当前国内外研究的重要内容之一。介绍了长波红外高光谱偏振测量的原理,并通过搭建长波红外高光谱偏振测量系统,开展了对涂漆目标和镀铝目标在不同温度、不同观测角度下的高光谱偏振成像实验,获取了有效的实验数据并进行处理分析。结果表明:温度和观测角度对目标的光谱偏振特性有较大影响,目标表面的红外光谱偏振特性随辐射温度差值及探测角度差值的增大而增大,并具有波段选择性。利用目标温度和观测角度的差异对目标光谱偏振特性的影响,可以进行有效的探测与识别,并为探测器的波段选择提供参考依据。