多种天气条件下的天空光偏振模型

天空光偏振模型能够仿真天空光偏振态的分布规律,是研究天空光偏振态分布与大气特性参数之间的定量关系的重要工具.首先,基于倍加累加法的辐射传输模型和T矩阵法计算粒子散射特性,建立了适用于多种天气条件下的天空光偏振模型,可覆盖可见光波段到近红外波段;其次,在比较实验中,所建立模型的仿真结果与Hovenier等人的计算结果有95%的全天空光仿真点的相对误差小于5%;最后,利用基于液晶相位可变延迟器(liquid crystal variable retarders,LCVR)的全偏振成像探测系统进行全天空光探测实验,结果表明,所建模型的仿真精度优于传统模型,并且在80%的区域内与实际观测结果保持一致.由此可以得出结论,所建立的天空光偏振模型能够比较准确模拟多种天气下的全天空范围内天空光偏振态分布规律,为不同天气条件下偏振遥感探测和偏振导航等技术提供有力的理论依据.

基于复折射率的偏振模型及其应用

红外偏振成像技术近年来发展迅速,但偏振机理等方面的研究仍处于起步阶段。为深入研究红外辐射偏振特性的产生机理和影响因素,本文提出了一种基于复折射率的偏振模型。模型基于空气-光滑介质表面建立,适用于吸收性介质和非吸收性介质。偏振模型以介质的复折射率为参数,观测角为输入,可以输出红外辐射水平分量和垂直分量的反射率和发射率,也可以输出反射辐射和自发辐射单独作用时的偏振度。基于提出的模型,结合MATLAB仿真,文中分析了反射辐射和自发辐射偏振性的产生机制,以及反射辐射和自发辐射对目标偏振特性的影响。偏振模型的建立,有助于深入理解红外偏振,并为偏振探测提供理论支持。

基于数据挖掘的偏振光成像目标检测研究

为提升偏正光图像目标识别技术水平,研究基于数据挖掘的偏振光成像目标检测方法。使用阈值分割法对偏振光图像实施分割预处理;使用斯托克斯参量、方差等方法获取偏振光图像的偏振态特征、目标边缘特征和直线特征;利用深度学习神经网络模型输出偏振光成像目标检测结果。实验结果表明:该方法可有效分割偏振光图像内的目标和背景,提取偏振信息能力较好;提取偏振光图像特征像素点的最低精度为0.98左右,提取其特征能力较强;特征信息提取效率较高,对于偏振光图像的特征信息提取最低耗时为0.257 s,应用性能较好。

基于MB模型的简化偏振BRDF模型建立与仿真

偏振BRDF模型的计算往往非常复杂,为了简便准确地获取伪装目标和背景的反射光偏振度差值,采用特殊值法和理想化方法对Maxwell-Beard BRDF模型中的微面元分布函数和遮蔽函数进行简化,使微面元分布函数较Torrance-Sparrow模型更准确,较Maxwell-Beard模型更简单。然后利用Fresnel反射中物体对光线平行分量和竖直分量反射率不同的性质,采用物理理论分析的方法计算得到表示反射过程的Muller矩阵,并建立了其矢量BRDF模型。针对面内反射,利用Matlab对模型进行模拟,仿真结果证明:模型可以描述粗糙表面反射偏振特性。研究结果对研究粗糙表面反射偏振特性的影响因素及伪装目标偏振探测有一定的理论和实践意义。

压路机振动轮偏振压实的建模分析

为了分析解决振动压路机在压实过程中沿振动轮宽度方向被压实材料密实度经常产生压实偏差的问题(通常表述为振动压路机出现的“偏振压实”现象),以典型的单钢轮振动压路机为例,分析振动压路机振动轮的结构,建立一种分析压路机振动轮“偏振压实”的四个自由度动力学新型振动模型。根据物理建模、数学模型求解分析压路机振动轮“偏振压实”的成因和振动轮结构参数对“偏振压实”的影响,提出解决偏振压实的方法。

纵向场成分对部分偏振高斯-谢尔模型光束传输特性的影响

采用部分相干光的传输理论,推导出了部分偏振高斯-谢尔模型光束传输的3×3阶交叉谱密度矩阵的解析表达式。与其傍轴传输相比,纵向场成分的出现不仅改变了光强在横截面上的对称性分布,还对部分偏振高斯-谢尔模型光束的相干性质和偏振性质产生重要影响。

天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验

针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理。建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响。结果表明:当太阳高度角hs<40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°<hs<75°时,误差为3.764°;精度明显降低。另外,载体水平角越大,模型误差角对定向精度的影响程度也越显著;载体水平时,定向误差为0.323°,而倾斜后误差增大为1.352°。文中对仿生偏振光定向的影响机理分析为补偿偏振模型误差,实现高精度偏振光定向提供了理论依据。

偏振双向反射分布函数模型研究进展

对国内外偏振双向反射分布函数模型进行了归纳总结,认为:目前各个模型都依赖基于实验测量的任意角度下的穆勒矩阵,导致偏振双向反射分布函数缺乏按照电磁理论推导的物理来源。从物理本质出发,提出了未来偏振双向反射分布函数模型的发展趋势,通过理论推导研究所有影响目标偏振特性的内部本质属性和外界环境因素,找出他们对偏振特性产生影响的规律,进而揭示产生目标偏振特性的最本质原因。

用于高阶偏振模色散补偿的高效动态补偿器

基于基本偏振态模型 ,采用三双折射元补偿结构 ,提出一种用于补偿高速率光纤通信系统中的偏振模色散的可行方案 此方案在一阶偏振模色散补偿的基础上 ,仅增加了对两个参量的控制 ,即可对高阶偏振模色散进行补偿 ,并且高阶补偿过程的参量控制完全独立于一阶补偿过程 ,极大的提高了偏振模色散的动态补偿效率 数值模拟结果表明 。

基于偏振信息反演土壤湿度的方法

为了实现基于偏振信息反演土壤湿度的目的,建立了土壤表面的偏振反射模型,并在可见光波段内开展了土壤湿度与反射光偏振信息的实验研究。首先,根据几何光学理论和测量数据建立了土壤表面的偏振反射模型。其次,制备了不同湿度的土壤样品,搭建了实验平台,并在多种入射观测条件下,使用高精度偏振成像探测系统获取了样品的偏振信息。然后,对实验数据进行分析来验证模型。最后,建立了模型中微面元坡度均方差、漫反射等效系数和折射率三个参数与土壤湿度的定量关系,利用定量关系来反演土壤湿度,并在476 nm波段上,对湿度为26.0%的土壤样品进行室内偏振探测实验。结果表明:根据文中反演方法得出土壤湿度为24.73%,误差为4.88%,证实了文中所提出的土壤湿度反演方法的正确性和可行性。

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。

粗糙表面偏振二向反射特性建模方法研究

针对地面目标光学偏振特性预测对基础材质粗糙表面偏振二向反射特性建模的需求,对比分析国内外常用的经验、物理和半经验等3种偏振二向反射分布模型的优缺点及其适用范围,得出半经验模型更适用于地面目标光学偏振特性预测。在此基础上,研究基于半经验Priest-Gemer模型的参数反演方法,并提出相应的测试方法,设计试验测试验证平台。最后,对模型中的影响因子进行仿真分析,分析结果表明:目标表面偏振二向反射特性与表面纹理特征、复折射率、入射光角度、探测方位角、天顶角等因素相关,且复折射率对目标表面反射率及反射光的偏振度影响较大,粗糙度会影响遮蔽与阻挡效应,使其产生突变效应。

部分相干部分偏振电磁束通过光阑透镜的传输

基于广义斯托克斯参量,推导出了部分相干部分偏振高斯谢尔模型(GSM)电磁束通过光阑透镜后交叉谱密度矩阵、光强、偏振度、偏振椭圆的方位角及椭偏角的解析表达式,并用以研究菲涅耳数、自相关和互相关长度以及束腰宽度对焦移和偏振特性的影响。对主要数值计算结果做了物理解释。

全局参数估计的颜色空间转换偏振去雾算法

雾霾环境下,由于空气中悬浮颗粒等物质的散射作用导致探测器获取的图像质量下降.针对雾霾天气图像退化问题提出一种全局参数估计的颜色空间转换偏振去雾算法.首先,通过求取表征偏振信息的强度图、偏振度图和偏振角图,将其映射到HSI颜色空间增强目标特征信息,再将HSI颜色空间转换到RGB空间;其次,通过导向滤波优化暗原色先验原理求取的透射率图,运用形态学方法重建图像求取局部极大值自动估算无穷远处大气光值;接着结合优化后的透射率图估算大气光偏振度信息,并通过归一化互信息对大气光偏振度进行优化;最后通过偏振去雾模型恢复雾霾导致的退化图像.通过信息熵、平均梯度和灰度方差三个指标结果可以看出此算法要优于其他的算法,解决了人工估算参数产生误差的问题,能够明显提升雾霾图像的质量.

一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置

模仿昆虫偏振导航机理,设计了成像式仿生偏振导航传感装置样机。研究了天空光偏振分布模型,分析了成像式仿生偏振导航传感装置工作原理。解决了一般探测装置解算偏振参数需要上位机辅助的问题,使用CMOS图像传感器和数字信号处理器,实时输出导航角度。进行了室内、室外装置性能测试,获得了3个方向偏振分量标准化强度曲线。实验结果表明：传感装置室内外角度测量误差分别为-0.8°~0.3°,-1.2°~1.4°,能够较高精度地输出导航角度,可以满足实时导航定位的需要。

利用正交偏振信息的透玻透膜成像方法

为了实现透过玻璃和薄膜对目标进行偏振成像,根据光线的物理传输过程建立了偏振透玻透膜成像模型,结合光学调制传递函数特点表征出玻璃和薄膜的传输系数。利用目标光和环境光的正交偏振分量提出一种偏振透玻透膜图像信息重构方法,分别采用曲线拟合、偏振滤波和频率域迭代算法实现重构算法中参数的估计,重构出透玻透膜图像。开展了室内模拟条件和室外实测环境下的实验,结果表明该方法能有效重构出透玻透膜图像中的人员、景物等目标信息。

表面纳米粒子缺陷的偏振散射特性区分

为了区分纳米量级的表面上方颗粒物灰尘与表面下方气泡粒子这两种表面缺陷,且获得该方法的适用环境与最佳观测条件,根据瑞利散射理论结合偏振双向反射分布函数,建立了两种表面缺陷的偏振散射模型并进行了验证。在此基础上,通过仿真分析得到不同缺陷环境、不同观测条件对两种表面缺陷粒子偏振散射特性的影响。结果表明:利用p偏振光入射表面,而后探测p偏振光的双向反射分布函数值随散射方位角的变化趋势可区分两种表面缺陷;无论表面下方气泡粒子位置如何改变,均不影响该趋势的变化情况;不同光学元件表面材料、缺陷粒子种类、缺陷粒子大小对两种表面缺陷的偏振散射模型有一定影响,但整体趋势不变。实验中,针对本文所述两种表面缺陷进行区分时,可选取入射角度和探测散射角度均为45°,采用较小波长入射光进行实验。

基于野外测量研究植被冠层偏振光谱反射特性

植被冠层反射太阳光会产生部分偏振光,这为偏振遥感探测提供了信息源。利用地基平台开展野外偏振测量是非常重要的研究,它不仅能获取植被冠层本质的偏振反射特性,而且还可以与机载或者星载平台数据进行匹配;虽然研究者们已经通过机载或者星载偏振探测器获取了大量植被冠层的偏振反射信息,但是关于地面植被冠层偏振反射分布特性的研究却很少。因此,为了详细研究植被冠层的偏振反射特性,基于野外多角度高光谱偏振测量与偏振反射物理机制,分析了植被冠层偏振光谱特性及其偏振反射分布特性;随后,反演了两种偏振模型的参数,将测量值与模拟值进行对比分析。研究结果发现,植被冠层的偏振反射具有明显的各项异性特征,而且与波长之间存在微弱的关系;同时,偏振模型可以很好地模拟植被冠层的偏振反射信息,可以作为研究植被冠层的理论依据。该研究测量的偏振反射信息与模型计算值之间呈现良好的吻合性,既描述了植被冠层偏振反射分布特性,又证明模型的有效性和测量结果的准确性。对植被冠层偏振特性的详细研究,不仅有助于完整地解释植被冠层与电磁波之间的辐射响应特征,而且对于偏振遥感对地观测以及地表偏振信息对大气偏振信息的研究也具有重要科学价值。

椭偏仪的原理和应用

椭偏术是一种利用线偏振光经样品反射后转变为椭圆偏振光这一性质以获得样品的光学常数的光谱测量方法.椭偏仪主要用来测量薄膜材料或块体材料的光学参数和厚度的仪器.

土壤湿度的偏振反演模型与实验

采用了一种偏振方法来测量土壤湿度,并改进了一种粗糙表面的偏振反射模型。利用该模型对土壤湿度的偏振特性进行了分析与实验,发现该模型模拟数据与实验数据之间存在很强的相关性,进而可以建立该模型中的某些参数与土壤湿度的定量关系,为定量反演土壤湿度提供新的途径。