红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响

针对红外波段下湿度对偏振光传输特性的影响问题,以自然界中较常见的烟煤粒子作为研究对象,采用蒙特卡洛法仿真研究,不同红外波段下湿度对线偏光和圆偏光传输特性的影响情况及其之间差异特性.结果表明:在短波波段,线偏光与圆偏光的偏振度随湿度的增加都呈现逐渐上升的趋势;在中波波段,随湿度的增加两种偏振光都呈现下降趋势;而在长波波段,湿度对偏振状态几乎没有影响.进一步比较可知,在短波波段,圆偏光具有更好的偏振特性,而在中长波情况下,线偏光的偏振特性更加显著.因此,在应用红外偏振进行探测时,本研究对波段的选取、湿度的控制及偏振态的应用具有重要的指导意义.     

基于提升小波的低对比度目标偏振识别技术

针对低对比度环境下拍摄目标图像所产生的低识别率问题,提出了一种基于小波提升算法的偏振信息融合方法,该方法采用偏振技术进行目标探测,应用小波提升算法所具有的计算量少、处理速度快等优点将偏振度和偏振角等信息分解为高频和低频部分,分别对高、低频系数采用不同规则进行融合,使得融合后目标边缘轮廓完全从低对比度环境中凸显出来,且细节信息完整、清晰,易于人眼对目标的识别。通过对大量低对比度场景下的目标进行识别及对融合结果进行评价,实验表明,该方法能有效地提高低对比度环境下目标的识别效率,验证了算法的可行性。     

非均匀烟雾环境对偏振光传输特性的影响

针对由烟雾沉降现象产生的非均匀烟雾介质环境,利用蒙特卡洛仿真程序,并通过实时测量沉降时间内的光学厚度,建立了实验测试与模拟仿真中非均匀环境参数的联系,解决了传统非均匀环境中介质参数测量与偏振传输特性测量存在延时的问题,增加了测试的准确性。实验结果表明,4种偏振光的偏振度均随烟雾浓度的增大而减小;随着烟雾浓度的增大,圆偏光表现出更好的保偏特性;波长越长圆偏光的偏振特性越显著,波长越短线偏振光的偏振特性越显著。     

不同形状的非球形粒子对偏振传输特性的影响

针对自然界的非球形粒子问题,对典型非球形粒子的偏振传输特性进行研究,采用T矩阵算法研究椭球、圆柱和切比雪夫粒子的偏振传输特性,及其与球形粒子偏振传输特性的差异。研究结果表明:对于横纵轴之比中等的椭球粒子,当散射角小于60°时,不同形状椭球粒子的偏振度(DOP)差异较小,可用Mie散射方法进行粒子偏振特性的近似计算;当散射角大于60°时,DOP随横纵轴之比的变化较大,且球形与椭球粒子的DOP差异随着横纵轴之比的增加而增大;对于直径与高度之比中等的圆柱体粒子,DOP的变化相比于椭球粒子更加平稳,但后向散射与侧向散射区域仍不能采用Mie散射进行近似计算;形状比例极端的椭球粒子和圆柱体粒子的偏振曲线均类似于钟形,且在散射角约为90°时DOP达到最大值;切比雪夫粒子的形变参数和级次都对粒子前向散射偏振特性的影响较小,但对后向散射偏振特性的影响较大,且灵敏度随级次的增加而减小。本研究结果可为非球形粒子偏振传输特性的研究及球形粒子近似提供理论指导。     

油雾扩散过程中浓度对偏振激光传输特性的影响

针对大气环境中粒子浓度对激光传输过程的影响问题,以油雾粒子为研究对象,利用油雾粒子在扩散过程中产生的非均匀环境,进行了偏振激光传输的半实物仿真实验。实验采用532 nm激光器,分别研究了水平线偏振光、45°线偏振光以及左旋圆偏振光在油雾扩散过程中偏振态的变化情况。利用粒度仪对扩散环境进行了量化标定。实验结果表明:在油雾扩散过程中,浓度越高,偏振度变化的随机性越大,圆偏振光的保偏性优于线偏振光。在相同浓度下,0°线偏振光对偏振态的保持性要优于45°线偏振光。在浓度极高的情况下,体积浓度为2 mg/L及其以上时,线偏振光与圆偏振光的保持性趋向一致。     

水下目标物偏振成像特性研究

偏振图像比传统强度图像包含更丰富的物体表面反射及散射信息。用萨尔萨(SALSA)相机在自然光照下获取水下偏振图像，研究不同材质物体、放置深度、牛奶浓度及波段因素对水下目标物偏振成像的影响。结果表明:蓝色波段偏振成像能够较好地获取水下物体的边界轮廓等信息; 不同材质的目标物在水下呈现不同的偏振特性, 紫铜偏振度最高达0.69;在1.40 mg/L牛奶浑浊度的水下，偏振图像仍能通过比较目标物的偏振度(degree of polarization，DOP)信息来检测出水下目标物，瓷片的DOP仅降低0.31;此外，在水下约40 cm深度下，偏振成像获取的图像比强度图像轮廓更为清晰，如铁的偏振对比度比强度对比度高5.26%。     

粗糙水面环境溢油目标多角度可见光偏振特性

为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数（pBRDF）模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油（机油、原油、柴油、煤油、汽油）目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明：若相对方位角为180°,线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小,随入射天顶角的增大也先增大后减小;线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小,在相对方位角为180°时达到最大,且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上,证明了该模型的准确性,为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。     

椭球粒子烟雾浓度对激光偏振度影响的实验研究

以斯托克斯矢量理论为基础,通过搭建偏振传输半实物模拟装置进行模拟实验,观测激光在模拟环境(不同浓度的椭球粒子在非均匀分布状态)下偏振度(degree of polarization, DOP)的变化。实验选取灵芝孢子碳化粉末作为椭球粒子的实验对象,通过烟雾机将椭球粒子形成不同浓度的烟雾,研究入射波长为532 nm、671 nm的激光在0°、+45°、90°的线偏振光以及左旋圆偏振光经过模拟环境后偏振度(DOP)的变化情况。实验结果表明:入射偏振光随着烟雾浓度的增大,偏振度呈下降趋势;3种入射线偏振光随浓度增大降幅不尽相同,没有明显的规律可循;不同波长低浓度烟雾时,线偏振光与圆偏振光的偏振度下降幅度大抵相同,大约为3%左右;随着烟雾浓度的增大,线偏振光的偏振度表现出不同程度的下降,可达20%,圆偏振光的偏振度仅下降5%,表现出了较好的保偏能力。     

非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题, 在球形粒子偏振特性的基础上, 进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响, 采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法, 模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异, 并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性. 结果表明: 当折射率实部越小, 虚部越大时, 球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显; 当粒子有效半径增加时, 球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显, 且最大值分别出现在散射角为150°和120°的位置; 当粒子形状不同时, 不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60° 时并不明显, 且当椭球粒子纵横比互为倒数时, 两种粒子的偏振特性近似相同. 通过以上分析可知, 在光传输过程中, 椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.     

油雾浓度对激光偏振度的影响

基于斯托克斯矢量,通过测量偏振度,研究不同入射偏振态的激光分别在不同浓度油雾介质中传输后偏振特性的变化情况.实验采用波长为671nm和532nm的水平、45°、-45°、90°的线偏振光,使它们分别入射到5种不同浓度的油雾介质中,计算四种偏振态偏振光的偏振度变化情况.结果表明,在相同油雾浓度下,对于不同波长的激光,波长越长,线偏振度越高,然而每种波长随浓度的变化趋势是一样的;在相同波长情况下,随着浓度的改变,水平与垂直线偏振光的偏振度变化较大,可达50%,135°与45°线偏振光的偏振度变化较小,约为20%.