多波段偏振成像仪的实验室定标研究

介绍一种多波段偏振成像仪的集成设计及实验室偏振定标方案。通过可调偏振度光源验 证仪器偏振定标精度,在10°视场内,当光源偏振度低于0.6时,仪器490 nm通道 偏振度测量相对误差优于1.6%, 670 nm通道偏振度测量相对误差优于1.7%。设计了多波 段偏振成像仪的系统软件,详细介绍了各个功能模块及自动化观测算法,通过敦煌辐射校正场 外场试验,验证了仪器野外运行的稳定性以及系统软件设计的合理性与实用性。     

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。     

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。     

主动偏振成像对皮肤状态诊断影响的研究

偏振成像相比于普通成像包含更丰富的物体表面反射和散射信息。采用偏振成像的方法在不同光源照明下获得皮肤表面偏振度图像,研究同一波段光源激光和LED以及不同波段的激光和LED光源对偏振成像的影响,探索适合特殊病症的偏振成像照明光源的种类和波段。结果表明：同一波段光源照明下,激光的偏振度图像信息熵和平均梯度都高于LED的偏振度图像;对于皮肤上红斑与黑斑的局部成像,绿光波段照明的图像细节表现力均优于红光波段光源照明时的图像,为激光偏振成像提高皮肤状态诊断的准确性提供更多信息。     

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%。     

可见光波段的矿石多角度反射偏振特性研究

为了研究矿石的多角度偏振反射特性,采用改变光源入射角和探测角的方法,测量矿石在可见光波段的反射偏振光谱,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,矿石的偏振度在可见光波段受波长影响较小,偏振度大小稳定,而入射角和探测角对矿石的偏振度光谱影响显著;随着入射角和探测角的增大,矿石均表现出先增大后减小的趋势,最大值出现在布儒斯特角附近;当入射角和探测角在55°~65°范围变化时,矿石偏振度差异显著,其中因组成颗粒较小结晶程度较高的玉髓偏振特性最强,而非晶质结构的蛋白石偏振特性最弱。该研究利用偏振度对矿石进行鉴别和分类,具有一定的可实行性,这为矿石检测提供了新的途径。     

可见至近红外波段多通道偏振辐射计的研制

设计了一种多通道偏振辐射计,系统采用固定滤光片、旋转偏振片的方法获取目标多波段偏振信息,双集束结构将偏振辐射计的波段范围从可见扩展至近红外和短波红外.重点阐述了系统的结构原理及各个模块的设计与实现方法,给出了偏振辐射计检测积分球直接输出和积分球加起偏器后输出光束的偏振度值,以验证偏振辐射计的偏振测量精度.检测结果表明,该多通道偏振辐射计的偏振测量精度优于2%,基本达到了系统设计要求.     

紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度测试系统

紫外可见光图像叠加精确度是评价紫外成像仪定位可见光背景下的紫外信号的关键指标,体现了紫外成像仪的紫外光图像与可见光图像融合的精确程度。为评估紫外可见光图像叠加精确度这一关键指标,本文设计并实现了紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度测试系统。系统选择高均匀性、高亮度、宽辐照度范围的紫外积分球光源照射十字靶标,在紫外平行光管的作用下,使紫外成像仪能够观测到一个无穷远的像,通过测量紫外光图像与可见光图像的十字像中心点坐标的偏移量,实现了对紫外成像仪的紫外可见光图像叠加精确度的测试。实验结果表明,该测试系统可为紫外成像仪提供可靠的检测依据,满足紫外成像仪筛选的应用需求。     

航空偏振相机的光学偏振特性实验研究

利用大孔径积分球辐射光源系统对航空偏振相机的偏振特性进行了实验研究,以各偏振工作波段中0°放置的偏振通道为基准,选取航空偏振相机中心视场64×64像素点计算并校正了各偏振通道中偏振片／滤光片的强度透过率差异;并进一步测量了航空偏振相机光学系统自身的起偏度,通过最小二乘法多项式拟合,给出了各偏振工作波段的偏振度随视场角的...     

航空多角度偏振成像仪及其光学系统设计

航空多角度偏振成像仪采用面阵CCD探测器进行画幅式成像,分时获取三个偏振方向图像的工作方式,并最终解析出偏振信息.光学系统设计充分考虑了该系统的特点,设计出了全视场80°的像方远心超低畸变的镜头,满足了航空多角度偏振成像仪的系统要求.     

应用于CARSNET的太阳辐射计辐射定标的LED参考光源

依据我国气溶胶光学特性监测网CARSNET辐射定标方法和流程,分析了太阳辐射计实验室辐射定标技术需求与特点。为完善目前CARSNET所采用辐射定标方法中太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标和提高太阳辐射计气溶胶反演精度,研制了应用于太阳辐射计的LED光谱可调积分球参考光源。测试结果表明该参考光源在出光口中心 20 mm区域内的面均匀性优于99.9%,±2?小角度范围内角度均匀性优于99.9%,其输出2 h内的稳定性优于99.8%,满足太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标要求。     

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。     

非接触手成像系统图像采集光源的研究

研究了基于TMS320DM642 DSP芯片的非接触多光谱手识别装置中的光源。在整个识别装置中,光源占有举足轻重的地位,合理准确的光源能够采集到清晰的手部信息图像,并有利于提高用户身份识别的准确率。基于此目的搭建了以恒流源控制芯片、LED为主要器件的多光谱光源控制系统:恒流源芯片要驱动采集手掌掌纹信息的470 nm的可见蓝光LED和采集手掌静脉、掌形信息的850 nm近红外光LED;且可实现一次拍摄并获取高质量的三模态信息(掌纹、手掌静脉及掌形)的图像;并利用Light Tools软件对该光源进行了辅助验证。该设计不但解决了在获取手部三模态信息时需要转换光源的问题,而且还为多模态手部识别奠定了数据基础和实验环境。     

Edge-emitting electroluminescence polarization investigation of InGaN/GaN light-emitting diodes grown by metal-organic chemical vapor deposition on sapphire (0001)

The edge-emitting electroluminescence (FL) state of polarization of blue and green InGaN/GaN light-emitting diodes (LEDs) grown in EMCORE’s commercial reactors was studied and compared to theoretical evaluations. Blue (∼475 nm) LEDs exhibit strong EL polarization, up to a 3:1 distinction ratio. Green (∼530 nm) LEDs exhibit smaller ratios of about 1.5:1. Theoretical evaluations for similar InGaN/GaN superlattices predicted a 3:1 ratio between light polarized perpendicular (E⊥c) and light polarized parallel (E‖c) to the c axis. For the blue LEDs, a quantum well-like behavior is suggested because the E⊥c mode dominates the E‖c mode 3:1. In contrast, for the green LEDs, a mixed quantum well (QW)-quantum dot (QD) behavior is proposed, as the ratio of E⊥c to E‖c modes drops to 1.5:1. The EL polarization fringes were also observed, and their occurrence may be attributed to a symmetric waveguide-like behavior of the InGaN/GaN LED structure. A large 40%/50% drop in the surface root mean square (RMS) from atomic force microscopy (AFM) scans on blue/green LEDs with and without EL fringes points out that better surfaces were achieved for the samples exhibiting fringing. At the same time, a 25%/10% increase in the blue/green LED photoluminescence (PL) intensity signal was found for samples displaying EL interference fringes, indicating superior material quality and improved LED structures.     

Study on polarized optical flow algorithm for imaging bionic polarization navigation micro sensor

At present, both the point source and the imaging polarization navigation devices only can output the angle information, which means that the velocity information of the carrier cannot be extracted from the polarization field pattern directly. Optical flow is an image-based method for calculating the velocity of pixel point movement in an image. However, for ordinary optical flow, the difference in pixel value as well as the calculation accuracy can be reduced in weak light. Polarization imaging technology has the ability to improve both the detection accuracy and the recognition probability of the target because it can acquire the extra polarization multi-dimensional information of target radiation or reflection. In this paper, combining the polarization imaging technique with the traditional optical flow algorithm, a polarization optical flow algorithm is proposed, and it is verified that the polarized optical flow algorithm has good adaptation in weak light and can improve the application range of polarization navigation sensors. This research lays the foundation for day and night all-weather polarization navigation applications in future.     

GaN基蓝光LED单偏振输出及高光提取效率的实现

为了提高倒装发光二极管（LED）光提取效率的同时实现单偏振光输出，建立了正装、倒装和集成金属亚波长光栅倒装LED 3种模型，采用RSOFT软件进行仿真对比及器件优化，并进行了理论分析和模拟验证。结果表明，倒装LED虽然可以提高光提取效率但对P-GaN层厚非常敏感，无法单偏振光输出；集成了金属亚波长光栅的倒装LED可以不受P-GaN层厚影响，实现单偏振光输出，但要输出稳定偏振光，受光栅参量和介质过渡层厚度影响非常显著；优化后的结构可以实现57.63%的光提取效率，偏振消光比达到25.8dB。该研究对制造高性能蓝光LED具有一定的指导作用。     

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...     

基于偏振态空间调制的紧凑型偏振光谱仪

提出并实现了一种紧凑型偏振光谱仪,该仪器采用光谱仪阵列,使测量光谱范围覆盖可见光波段;采用部分平行光路设计,简化了测量配置和系统校准方法;运用入射面旋转效应,实现了偏振态的空间并行调制,减少了测量时间.对多组样品测量的结果证明了该紧凑型偏振光谱仪测量的准确性.由于测量速度快、结构简单且易于在线集成,该紧凑型偏振光谱仪作为一种实时在线测量工具极具潜力.