Degree of polarization based on the three-component pBRDF model for metallic materials

An expression of degree of polarization（DOP） for metallic material is presented based on the three-component polarized bidirectional reflectance distribution function（p BRDF） model with considering specular reflection, directional diffuse reflection and ideal diffuse reflection. The three-component p BRDF model with a detailed reflection assumption is validated by comparing simulations with measurements. The DOP expression presented in this paper is related to surface roughness, which makes it more reasonable in physics. Test results for two metallic samples show that the DOP based on the three-component p BRDF model accords well with the measurement and the error of existing DOP expression is significantly reduced by introducing the diffuse reflection. It indicates that our DOP expression describes the polarized reflection properties of metallic surfaces more accurately.

Comparative Study on Polarization Spectral Parameters of Fruit in Southern Xinjiang Based on Roujean Model

Based on the study of phase angle and wavelength in pBRDF (Polarized bidirectional reflectance distribution function), roujean model was proposed to describe Orient (Polarization phase angle) quantitatively. The Roujean model was used to quantitatively describe different fruits intensity components (F00) and polarization phase angle (Orient), and the simulation results were analyzed and compared using statistical analysis and comparison methods to realize the prediction from the regular model to the outdoor fruit tree canopy to the canopy of outdoor fruit tree canopy random distribution. The experimental results showed that: 1) when the phase angle of jujube was 52.19°, 66.51° and 88.26°, the R2 and average errors of F00 parameters described by Roujean model are 0.9982, 0.9963, 0.9912 and 3.80%, 4.17%, 6.40%, respectively; and the R2 and average error of Orient parameters described by Roujean model are 0.9056, 0.9223, 0.9260 and 6.23%, 3.32%, 8.05%, respectively;It can be seen that roujean model can quantitatively describe the Orient parameter of jujube;2) When the phase angle of apricot was 70.99°, 71.28° and 67.91°, the R2 and average errors of F00 parameters described by Roujean model is 0.9862, 0.9823, 0.9792 and 3.40%, 4.82%, 5.19%, respectively; And the R2 and average error of Orient parameters described by Roujean model are 0.9382, 0.8947, 0.8849 and 7.19%, 9.28%, 9.47%, respectively. Roujean model can also quantitatively describe the Orient parameter of white apricot. In summary, the Roujean model can provide a good quantitative description of f00 and a good quantitative description of Orient, which in turn can predict the pBRDF parameter for more fruits with different incidence and detection directions. It can correct the influence of angle factor in the nondestructive testing of outdoor fruits.

红外偏振辐射模型对铬和铜元素的优化识别

针对优化激光诱导击穿光谱技术识别铬和铜元素的问题,本文提出了一种结合红外偏振检测理论的方法。利用菲涅尔反射定律和基尔霍夫理论分析了红外偏振产生机理,根据能量守恒定律验证了目标红外自发热辐射的偏振特性;利用红外偏振辐射传输模型及菲涅尔反射穆勒矩阵,结合温度的麦克斯韦-玻尔兹曼分布特性,推导出了等离子体红外偏振辐射信号模型,用于识别各激发能量下的重金属元素;利用5种不同能量的脉冲激光验证了模型的精准性。结果表明:在相同的激光能量下,红外偏振辐射光谱可以收集到更多的特征信号峰;在低能量激励下,红外偏振辐射光谱的优势更为突出。红外偏振辐射模型的构建是科学有效的,可用于优化重金属元素的快速检测。

强光背景下主动偏振成像方法

针对传统光电探测方法在强光背景下目标探测对比度低的问题,本文提出一种基于激光照明的主动偏振成像方法。首先构建激光入射双向反射分布模型、激光入射偏振双向反射分布模型以及激光照明的目标表面偏振度模型,并分析3种典型目标材料偏振特性与束散角之间的耦合关系。然后在暗室可控条件下开展逆光观测实验,验证目标偏振特性受激光束散角的影响。实验结果表明:强光背景下主动偏振成像目标对比度与传统被动强度成像相比提升了86.11%,不同束散角下不同目标材料的可见光偏振特性间存在差异,金属材质相对于非金属材质的线偏振度提升更高,实验结果与理论分析具有较好的一致性。最后,在室外开展太阳逆光观测实验,验证了研究方法在室外高强光、远距离下依旧具有适用性。本研究为提升强光背景下的目标精准感知能力奠定了理论基础。

基于BRDF可见光偏振成像技术的海面溢油油种识别研究

海上溢油事件发生后需要及时判断溢油种类,为溢油事故处置提供及时有效的应对措施。本文利用BRDF多角度测量装置和可见光偏振相机对不同油种和清洁海水进行观测,基于可见光偏振特征筛选出最佳观测Stokes参量和对应观测几何,构建了清洁海水和不同油种数据集,并建立了基于BRDF偏振特征的DBN溢油油种识别模型。研究发现,在实验室可控条件下,相对方位角–60°、0°、–30°组合时油种识别效果较好,光源天顶角和相机观测角二者在接近±50°时识别效果较好;多次重复实验显示,海水、原油、重油、汽油、柴油、棕榈油的最优识别率分别为90%、86.27%、84%、80.44%、82.08%和82%;基于可见光偏振特征所建立的油种识别模型,对于海面溢油种类区分具有较好的效果。

粗糙表面反射辐射偏振特性研究

为分析和研究粗糙表面反射辐射偏振特性及在目标表面二维空间的分布状况,基于偏振双向反射分布函数模型,推导出了粗糙表面反射辐射偏振度的一般表达式.针对不同材料涂层表面,综合考虑了表面漫反射和镜面反射,对偏振度进行了计算,分析了不同材料折射率及粗糙度下偏振度的分布.计算结果与实际测量数据基本吻合,为实际测量提供一定的理论指导.

偏振遥感识别低反射率伪装网研究

偏振遥感是一种新型的侦察手段,具有传统遥感所不具备的优点,是研究大气与地面目标的重要方法.为了研究伪装目标的偏振散射特征,在光学与红外波段测量了三色迷彩伪装网的偏振参数.研究发现,在探测条件一定的情况下,伪装网散射光的偏振度受入射角度和表面反射率的影响较大.入射角增大,伪装网散射光的偏振度也随之增大;表面反射提高,其散射光的偏振度降低.偏振度成像可以增强低反射区域的亮度和对比度,而偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感,偏振遥感对复杂背景中的低反射率伪装目标识别具有独特优势,对军事伪装目标的生存构成了严重威胁.

目标表面发射率对红外辐射偏振特性的影响分析

偏振探测不仅可以获得目标的光谱、强度、偏振态以及空间几何形状等参数,还可以获得更丰富的目标信息,有利于改善对目标的探测和识别能力。红外辐射偏振成像是近年来发展起来的一种新的红外探测技术,主要通过目标与场景的红外辐射偏振特性差异进行目标探测与识别。但由于红外辐射偏振信息在传输过程中,其偏振态会受到传输介质的影响,而通常基于实验分析总结目标红外偏振特性的方法难以对偏振传输过程中的影响因素进行估计,也不能定量描述各相关参数对于红外偏振信息的影响。通过微面元理论的双向反射分布函数模型,建立了基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振传输方程,推导分析了目标表面发射率对红外辐射偏振度的影响,结果表明:目标表面发射率对目标红外偏振度影响可以忽略;在理论分析基础上,有针对性的开展红外光谱偏振探测试验,试验数据分析与理论推导结论吻合。这表明:材料表面发射率的变化不影响目标表面的红外辐射偏振度。该研究成果有利于提高红外伪装探测的目标识别效率,可为进一步提高红外偏振成像系统的伪装目标探测提供新的途径和方法,如在伪装目标探测识别中,通过探测其表面的红外辐射偏振特性的改变实现伪装目标识别探测。

基于偏振微面元理论的红外偏振特性研究

针对基于金属线栅偏振片的红外偏振成像系统组成,需要考虑目标、大气、天空、偏振片的反射和自身辐射的影响,进而有效分析进入成像系统的红外偏振辐射组成。文章通过偏振微面元理论的散射函数模型,推导红外偏振辐射传输方程的Stokes表达式,得出红外偏振信息(偏振度、偏振角)与目标表面粗糙度、折射率、反射和观测角度等参数的数学模型,通过合理简化偏振信息表达式,仿真得出某材料的偏振度曲线与文献中实测数据基本一致,为进一步提高红外偏振成像系统的探测性提供理论依据和技术支持。

偏振CCD相机光学系统的偏振特性分析

理论上推导了通过偏振CCD光学系统的部分偏振光在透射过程和反射过程中偏振特性的变化,定量计算了特定参数下的入射部分偏振光束经过特定单透镜透射后偏振度的分布,给出了偏振度变化的数量级,计算表明一定偏振度的入射部分偏振光束经过透射后,由于偏振度的变化和光线的入射高度以及视场角都有关系,光束偏振度在出射截面上将产生一定的分布。

抛光花岗岩的二向反射比与偏振度的波谱关系

传统遥感定义"双向反射率分布函数"(BRDF)的概念,用以表达目标物空间反射的多角度分布特征,但其测量多偏重于单波长的微波及激光。偏振伴随多角度探测而生,蕴涵了目标物的自身特性。该文就城市常见地物——抛光的花岗岩,分别测量了其在350～2 500nm范围内的二向反射比和偏振度的波谱,分析并比较了两者波谱随探测角度的变化规律,并从定义上分析了两者的波谱关系,发现其随探测天顶角及方位角的变化规律一致,而且二向反射比和偏振度的波谱在一定程度上呈反比关系。

红外偏振特性建模与实验验证（英文）

针对红外偏振信息应用于目标探测识别的理论需求,基于红外辐射基本理论,详细分析和推导了红外反射、热辐射、红外散射等光波传输过程产生的偏振效应,并对这三种偏振效应进行了详细的建模与实验验证,其中利用菲涅耳反射定律对物体表面红外反射的偏振性进行了分析,并得出确定的反射偏振度解析式;结合物体表面模型利用菲涅耳折射机制对物体的热辐射进行了计算,并利用文献中的数据重现了密立根关于金属铂和金属银的偏振性实验,充分验证了红外辐射偏振性的存在;分别利用瑞利散射和米氏散射理论对物体表面红外散射的偏振性进行了分析和计算,计算结果充分体现了散射产生偏振的规律性。上述研究结论为更好地利用红外偏振信息实现目标探测识别提供了充分的理论依据。

部分偏振光经界面反射时的偏振度分析

定量计算了轴外点光源发出的部分偏振光束经界面反射后反射光偏振度与空间坐标及点光源坐标间关系，定量计算了特定参数的入射部分偏振光束经界面反射后的偏振度分布，给出了偏振度变化的数量级。计算表明一定偏振度的入射部分偏振光束经界面反射后，反射光束偏振度由于界面反射在反射光束截面上将产生一定分布。偏振度的变化不仅与光线入射角有关。

涂层材料的偏振光谱反射特性分析

绿色涂层是重要的军事伪装材料。本文基于偏振探测理论,通过高光谱反射偏振实验测量,对比分析了深绿与中绿两种涂层材料的反射与偏振特性,得到了它们的二向反射函数、线偏振度随波长的变化规律,以及二向反射函数BRF与线偏振度DOLP之间的相互关系。结果表明:(1)相比近红外波段,两种涂层在可见光波段的BRF差异较明显,镜面反射的探测角较容易区分两种涂层;(2)当入射角不变时,涂层线偏振度随着探测角增大而增大;随着入射角的减少(或镜面反射的探测角减小),深绿与中绿涂层的DOLP差异增大;(3)涂层的BRF与DOLP的变化在400~1000 nm波段具有负相关性。

共路外差法分析牛顿望远镜偏振特性

应用共路外差干涉法分析了牛顿望远镜的偏振特性。根据菲涅耳定律求出了入射光s-偏光和p-偏光入射到望远镜各点的反射率公式。给出了共路外差干涉法测量牛顿望远镜偏振特性的实验装置原理图。采用632.8 nm的外差光源,分析了牛顿望远镜对s-偏光和p-偏光反射系数、相位差以及对入射光偏振度的影响,根据入射角度的不同绘制了相应的变化曲线。结果表明:镀有铝膜的牛顿望远镜对入射光偏振特性影响较小,s-偏光和p-偏光反射系数相差不到0.01,偏振度变化不超过0.07,适用于激光遥感偏振成像的接收系统。

纳米ZnO薄膜的反射及偏振特性研究

用电子束蒸发镀膜法制备了纳米ZnO薄膜.通过测量其X射线衍射谱,计算出纳米ZnO颗粒的平均粒径大小为30nm.实验研究了纳米ZnO薄膜的反射和偏振性质,结果表明:当振动方向平行于入射面的线偏振光(简称P光)入射纳米ZnO薄膜时,不存在严格意义上的布儒斯特角,但对于入射角却存在一个临界角β.当入射角小于β时,反射光的振动面随着入射角的增大向左旋转;当入射角大于β时,振动面转而向右旋转;当振动方向垂直于入射面的线偏振光(简称S光)入射纳米ZnO薄膜时,反射光的振动面始终向左旋转.

偏振度对均匀折射率介质内矢量辐射传输过程中辐射熵产的影响

在半透明均匀折射率介质内矢量辐射传输过程中辐射熵传递方程及其数值模拟方法的基础上,研究了偏振度对矢量辐射传输过程中辐射熵产的影响。均匀折射率介质内辐射光束的起偏和改偏通过相距阵实现。计算结果表明:由介质内吸收发射过程的不可逆性产生的光谱辐射熵产数随着偏振度增加而减小,而由介质散射过程的不可逆性产生的光谱辐射熵产数随着偏振度增加而增加;偏振度对介质内的光谱辐射熵强度的影响很大,若不考虑偏振,光谱辐射熵强度的相对误差最大可达到18.04%;在整个系统中,光谱辐射熵产数满足热力学第二定律。

自然光在两种介质表面发生反射和折射时偏振特性

自然光在两种介质表面发生反射和折射时光强、偏振度随入射角不同而发生改变.根据菲涅耳公式对反射光和折射光的偏振度随入射角的变化规律作了理论推导。并通过数值模拟的方法给出了入射角5°～85°的反射光和折射光的偏振度变化曲线.

基于多角度高光谱技术冰的偏振反射特性分析

对于可见光范围内,冰的反射光中包含部分偏振光,尤其是光滑的冰面,往往会使探测器获得的反射信息中包含更多的偏振信息。对淡水冰与海冰的反射信息进行了测量,同时结合角度信息与光谱信息分析了它们之间偏振反射特性的差异。发现在以偏振度为指标的前提下,海冰与淡水冰之间的差异相对反射信息较大,同时冰表现出了其特有的偏振特性。从而偏振测量可以辅助现有遥感技术更好的检测覆盖在地球表面的冰。

玻璃介面上的能流反射率与透射光的偏振度

根据菲涅耳公式较为详细地计算了玻璃介面上的能流反射率和透射光的偏振度与入射角的关系。并由此分析了光能流的反射对透射光偏振度的影响。