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感探测水面溢油污染的局限性。对差分偏振FTIR光谱探测水面溢油的理论模型进行了分析,并对水面SF96油膜的差分偏振光谱探测分别做了室外实验和理论模拟,实验结果与理论模拟结果有较好的相关性。

差分偏振FTIR光谱法探测水面溢油污染

传统热红外遥感探测水面溢油污染时需要大面积洁净水域与污染水域进行辐射对比,并且通过红外影像无法鉴别溢油种类。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,文章提出了差分偏振FTIR光谱法探测水面溢油污染。该方法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目标实现探测,具有很好的时效性。文章分析了差分偏振FTIR光谱探测的辐射传输模型,并在室外对水面0号柴油油膜和SF96油膜进行了差分偏振FTIR光谱探测实验。实验结果表明该方法不需要大面积洁净水域进行辐射对比即可直接对水面溢油污染物进行探测,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。该方法弥补了传统热红外遥感探测水面溢油污染的局限性。

四进制差分偏振移位键控通信

提出一种在电域进行四进制差分编码的偏振移位键控通信系统,可克服单模光纤中光偏振态随机扰动对接收效果的影响.在光发射机中,通过差分编码使前后两个符号周期偏振状态差异与差分编码器的输入之间建立对应关系.在接收端,提取前后两个符号周期内光的斯托克斯矢量并将二者点乘,就能提取两个符号周期内偏振状态的差异,恢复发送序列.即使在不用动态偏振控制器情况下,点乘运算也能有效消除光偏振状态的随机扰动对系统性能的影响.

颗粒溶液颗粒尺寸及浓度的差分偏振弹性散射光谱在线分析方法

偏振弹性散射光谱技术的基本原理为在偏振光入射条件下,根据出射光的偏振特性不同可以筛选出浅表层组织的单次散射光信息和深层组织的漫散射光信息。该研究的创新点在于将这种方法应用于颗粒溶液检测,目的是在颗粒溶液原始状态下实现对颗粒尺寸及浓度的同时检测。设计了一个共轴笼式光学系统,测量了聚苯乙烯微球颗粒溶液某一角度的背向散射信号,通过控制入射端和收集端偏振片的偏振方向获得了颗粒溶液的偏振平行光谱与偏振垂直光谱,两者之差即偏振差分光谱对应颗粒的单次散射信息,将该单次散射信息与Mie散射数据库进行比对获得颗粒的尺寸,然后在颗粒尺寸作为已知的条件下进一步分析偏振垂直光谱,将该垂直光谱对应的颗粒溶液的漫散射信息代入光漫散射下的近似表达式拟合得到颗粒的浓度信息。将实验结果与样品提供值进行了比对,并进一步分析了在获取颗粒数浓度时,颗粒直径的方差分布对结果的影响,最终验证了该实验方法的可行性。该方法的潜在应用包括对标准颗粒制造厂商的产品在线检测以及对牛奶制品中脂肪和蛋白质的浓度检测研究。

基于偏振差分图像的海天线检测方法

针对低对比度红外图像中海天线检测困难,且易受云层、条状波浪和海杂波等干扰因素影响的问题,提出了一种采用偏振差分图像进行海天线检测的方法。首先,利用偏振差分方法增强海面区域的局部对比度和海天线的信噪比;其次,对偏振差分图像采用大尺度的局部对比度累加方法确定海天线区域;最后,在海天线区域中采用梯度显著性及多项式拟合方法完成小尺度的海天线精确检测。该方法将偏振度、偏振角等多维信息融入海天线检测,并采用了大尺度与小尺度相结合的检测方法,能够有效克服云层、条状波浪和海杂波等因素的干扰。实验结果表明该算法的海天线检测准确率为98.5%,平均耗时16 ms,能够实现快速、准确的海天线检测,具有较强的场景适用性。

水面油污染物差分偏振光谱信号预处理算法研究

采用差分偏振光谱法在3～5μm波段对水面溢油污染物进行被动遥感时,所测差分偏振光谱是含有强大气吸收光谱信号与油污染物目标弱光谱信号的混合谱,这给油污染物光谱特征识别带来了困难。另外,受环境因素以及油膜自身张力影响,水面油膜厚度分布以及油膜表面粗糙度在测量过程中发生变化,从而使得连续测量的差分偏振光谱中油污染物光谱信息含量存在不同。利用这一特点,基于固定点迭代的快速主成分分析算法FastPCA设计了水面溢油污染物差分偏振光谱信号预处理算法。实验结果表明,该算法可以有效地将水面油污染物目标光谱特征信息从具有强大气吸收的混合差分偏振光谱信号中提取出来,通过光谱重构得到油污染物光谱特征信号,可用于进一步的定性、定量分析。

可调光程的差分偏振成像系统及其特性研究

基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统,不仅可同时获取目标正交偏振分量的干涉图和二维空间图,而且可以通过调整Savart偏光镜的厚度,得到不同光程差下正交偏振分量的干涉图像。该系统的显著特点是正交图像的同时获取和光程的实时改变。描述了可调光程的差分偏振干涉成像光谱系统结构、理论原理,推导出了干涉强度表达式。详细分析了可调光程的Savart偏光镜(MSP)和可调光程的宽视场型Savart偏光镜(MWSP)的光程差及横向剪切量的变化范围。通过两种偏光镜之间的对比可得光程差差别甚微但MWSP剪切量较大,且变化量比MSP高50%。这为以后选择Savart偏光镜类型提供了重要依据。

四频差动激光陀螺差分偏振损耗研究

差分偏振损耗所导致的零偏直接影响四频差动激光陀螺性能。基于此,提出一种通过优化反射镜配置参数来有效减小差分偏振损耗的方法。基于琼斯矩阵,通过求解自洽方程,数值分析了四频差动激光陀螺反射镜参数及非共面折叠角对差分偏振损耗的影响,讨论确定了反射镜的较优参数配置。数值计算结果表明,反射镜反射相移对差分偏振损耗影响最为显著。当4个反射镜反射相移和为0且正负反射相移互相抵消时,差分偏振损耗为0,这对减小差分偏振损耗的工程化应用具有重要参考意义。

基于最小互信息的自适应偏振差分成像方法

偏振信息解析是偏振成像探测涉及的一个重要课题。针对传统的偏振差分成像方法存在的不足,从信息论的角度出发,提出了一种基于最小互信息的自适应偏振差分成像方法。首先,利用偏振信息解析得到的斯托克斯参量图像,计算得到偏振片透光轴与所选参考坐标轴的成任意夹角的出射光强度图像;然后,以归一化互信息为评价指标,寻找具有最大不相关的两幅出射光强度图像;最后,根据找到的两幅图像的差分结果进行成像。实验结果表明,提出的方法不仅具有更好的抑制背景、突出目标细节特征的能力,而且得到的图像质量更高,从而验证了该方法的可行性和有效性。

偏振差分反射光谱研究半导体材料的平面内光学各向异性

介绍了偏振差分反射光谱的原理,并结合半导体材料平面内光学各向异性的来源,总结了偏振差分反射光谱作为一种重要的表面、界面分析技术在半导体材料研究中的应用,并分析指出其在Si基材料电光改性研究中将会起到重要作用。

浑浊介质中偏振差分成像技术发展及展望(特邀)

在浑浊介质中进行光学成像时,由于受介质吸收与散射影响,目标信号被淹没在背景噪声中,导致图像的清晰度严重下降。利用光的偏振信息可显著提升浑浊介质中目标的探测能力,其中偏振差分作为代表性偏振成像技术,充分挖掘介质光与场景光的偏振特性差异对背向散射噪声实现偏振共模抑制。由于其系统结构简单、可移植性好、适用领域广泛、凸显边缘等优势备受关注。该技术不仅可以作为物理光学成像方法对水下浑浊环境、生物组织、大气雾霾散射环境中目标进行高对比度成像,还可作为光学传感器件抑制杂散光的有效手段,从提出至今已积累了大量优秀的研究成果,从偏振差分成像技术的基本原理出发,根据成像应用场景的不同从两方面介绍了该技术一系列最新的研究进展,并对偏振差分成像未来可能的发展方向进行了展望,期望为该领域的后续研究提供指引。

一种新型的材料内应力测试方法——偏振透射差分法

采用一种全新的偏振透射差分法-PTD(polarization transmittance difference)法来测量半导体衬底材料的内应力分布.由于该方法使用了偏振调制技术,无需旋转样品或者偏振元件进行多次测量,使得测量过程变得简单、迅速,并准确给出整体材料的内应力二维分布图.此方法属于无损测试.

用偏振差分透射谱技术测量半导体晶体片应力分布

利用偏振差分透射谱测量了2英寸圆形GaAs晶片、自支撑GaN衬底和蓝宝石衬底等的双折射分布,通过弹光效应换算得到了晶片内部残余应力分布。测量得到的应力反映的是晶片各个点的[110]和[110]方向的应变差。实验测量得到的GaAs晶片和自支撑GaN衬底的[110]和[110]的应变差最大可以达到10-5数量级。蓝宝石衬底的可以达到10-6数量级。因此TDS可以对透明或者半透明晶片的应力分布实现快速、实时、无损、高灵敏度检测。

利用偏振图像加权融合及CLAHE算法的水下成像方法

针对传统基于偏振差分原理的水下光学成像方法中,由于目标退偏振特性差异引起的图像中局部反射光损失的问题,提出了基于偏振图像加权融合与限制对比度自适应直方图均衡(CLAHE)算法的水下成像方法。一方面,将原始水下图像分解为偏振光强图像和非偏振光强图像,根据不同退偏振特性目标在两幅图像中的灰度值分布特点,设计相应的权重因子,对两幅图像进行加权融合,从而实现在压缩原始水下图像中散射光的同时保留更多目标反射光,提升整体目标反射光在融合图像中所占的比例。另一方面,为了进一步提升融合图像的对比度,利用CLAHE算法对融合图像进行处理。该算法能够在提升融合图像对比度的同时,有效避免图像噪声的放大。实验结果表明,相较于传统的偏振差分方法以及独立的直方图均衡算法,该算法能够有效提升水下图像的清晰度和对比度。

偏振差分脉冲位置调制方法

高效调制技术可以最大化消除背景噪声对紫外光通信的影响,从而有效提高紫外光通信距离。因此,提出了一种适用于无线紫外光通信的偏振差分脉冲位置调制(PDPPM)方法,该方法利用圆偏振光可以分解成两路正交线偏振光,两路正交的线偏振光构成了原始信息的差分信号,有用信息为双极性差分信号传输信息;给出了PDPPM的实现结构,并对其误码率性能进行了分析比较。实验结果表明,PDPPM解调信噪比比脉冲位置调制(PPM)提高2d B左右,在紫外光远距离通信上具有优异的性能。

静态光谱偏振差分成像技术研究

提出了一种基于液晶可调谐滤光片(liquid crystal tunable filter,LCTF)和液晶可调谐相位延迟器(liquid crystal variable retardation,LCVR)的静态光谱偏振差分成像技术。采用液晶可调谐相位延迟器实现不同波长成像光束的偏振方向旋转,采用液晶可调谐滤光片实现波长选择和检偏,通过程序控制实现透过波长及其两个正交线偏振态的设定,面阵光电探测器完成两个正交线偏振态图像采集,再经过图像处理获取光谱偏振差分图像。完成了原理样机的研制,取得了初步试验结果。该技术没有任何机械运动部件,具有稳定性好、操作灵活、数据处理简单直观等优点。

激光水下偏振特性用于目标图像探测

利用激光水下偏振特性获得偏振差分图像 (PDI) ,并运用PDI技术 ,从理论和实验上对水下目标探测进行了研究 .介绍了PDI基本概念和实验系统原理 ,然后比较分析了不同条件下普通图像与PDI在辨别目标距离及其纹理上的差别和PDI中背景偏振光的影响 ,得出利用目标和背景偏振光的差异区分二者 ,从而提高探测距离的结论 ,并取得了较好的效果 .在此基础上提出了通过处理有关PDI偏振参量来进一步辨别目标与背景的设想 .

偏振复用调制技术在40G光通信系统中的应用

在高速光纤通信系统中，随着传输速率增大到40Gbps或者40Gbps以上，光纤的抗色散能力大大降低，非线性效应的影响也日益突出。本文主要围绕着调制方式的改进对光纤传输系统性能的影响展开，通过理论分析及测试数据，验证了基于相干检测的DP—DQPSK偏振复用差分正交相移键控技术应用到40G光传输系统时，对传输性能的改善及对传输损伤的缓解。

浑浊介质下的偏振差分关联成像研究

为提高浑浊介质下关联成像系统的成像质量,提出了一种基于直方图预处理的水下偏振差分关联成像方法。首先,通过偏振探测获取两个正交偏振方向的关联成像图像,然后,借助图像的灰度拉伸方法对重构图像进行预处理,最后,运用偏振差分算法得到目标图像。实验结果表明,所提方法可以改善浑浊水体下散射所造成的像质退化问题,增强图像细节,提高成像质量。利用重建图像的灰度直方图进行灰度统计分析表明,相比于现有偏振关联成像方法,该方法在水体介质浑浊浓度较高的情况下仍可以区分浑浊介质与目标。

三自由度偏振差分水下成像技术

影响水下成像质量的核心因素是后向散射光的干扰。偏振差分水下成像技术能够显著抑制后向散射光,是在水下散射环境中获取清晰图像的有效方法。传统的偏振差分方法是基于两个正交偏振方向上的偏振图像进行差分的,该方法虽然对后向散射光有明显的抑制效果,但其调制自由度低,限制了成像质量的进一步提升。针对这一问题,提出一种改进型偏振差分水下成像方法,该方法基于两个最优偏振方向的偏振图像进行差分,并通过引入差分项的权重系数,最终实现具有三个自由度的偏振差分水下成像。实验结果显示,该方法相对于传统的偏振差分成像方法,可更好地抑制后向散射光、凸显物体信号光,最终实现了更高质量的水下清晰成像。