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作者：田小凡辽宁师范大学

学位级别：硕士

光波经过物体表面反射、散射后偏振态将发生变化,会加载目标的许多信息。偏振探测技术就是通过探测光波照射物体前后偏振态的变化来获取目标信息的。在偏振探测技术中,穆勒矩阵(Mueller)能够很好描述这种光波偏振态的变化,是获取目标偏... 详细信息

光波经过物体表面反射、散射后偏振态将发生变化,会加载目标的许多信息。偏振探测技术就是通过探测光波照射物体前后偏振态的变化来获取目标信息的。在偏振探测技术中,穆勒矩阵(Mueller)能够很好描述这种光波偏振态的变化,是获取目标偏振特性的重要手段。但Mueller矩阵的测量受物体材料、粗糙度、周围环境、入射角等因素影响很大,因此,本论文重点研究了不同入射角对目标Mueller矩阵的影响,进而分析了入射角与目标的双向衰减参量、偏振参数、退偏振指数等偏振指标的关系。具体工作如下:1、采用多次旋转式Mueller矩阵测量装置,测量了不同入射角下金属目标(铜片、铝片、钢片)和非金属目标(硅片、蓝宝石片)的Mueller矩阵。测量的实验装置由圆偏振光产生系统、起偏系统、检偏系统构成。为使数据处理简单,设计起偏系统偏振片和波片的旋转角度,以获得6种特殊偏振态的入射光,设计检偏系统偏振片和波片的旋转角度,以获得6种特殊检偏系统Mueller矩阵,再根据斯托克斯矢量(Stokes)与Mueller矩阵的关系求解出目标的Mueller矩阵。2、分析了入射角对三种金属材料和两种非金属材料Mueller矩阵各分量的景影响,以及目标偏振特性指数的影响。结果表明:入射角对m00、m01、m10、m11、m22、m23、m32、m33八个Mueller矩阵分量影响较大;随着入射角度的增大,铜片、铝片、硅片、蓝宝石片的双向衰减参量逐渐增大,钢片变化较小;铜片、蓝宝石片的偏振参量逐渐增大,硅片逐渐减小,铝片先减小后增大,在入射角为60°时最小,钢片的偏振参量变化不大,但数值是最大的;铜片、钢片的退偏振指数逐渐增大,铝片、硅片、蓝宝石片退偏振指数先减小后增大,蓝宝石片在入射角为50°时退偏最强,硅片在入射角为70°时退偏最强。

关键词：偏振探测 Stokes矢量 Mueller矩阵目标偏振特性

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热辐射环境下目标红外偏振特性分析

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光学学报 2022年第2期42卷 184-193页

作者：杨志勇陆高翔张志伟宋俊辰火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室陕西西安710025

红外偏振成像技术具有提升目标识别率、辨别伪装目标等多重优势,但在复杂环境下目标的红外偏振特性容易受到干扰,从而出现错判和漏判的情况。为研究环境热辐射对目标红外偏振特性的影响,基于偏振双向反射分布函数推导了热源照射下目标... 详细信息

红外偏振成像技术具有提升目标识别率、辨别伪装目标等多重优势,但在复杂环境下目标的红外偏振特性容易受到干扰,从而出现错判和漏判的情况。为研究环境热辐射对目标红外偏振特性的影响,基于偏振双向反射分布函数推导了热源照射下目标表面红外线偏振度的解析模型。经过理论仿真及实验验证得出,环境热辐射会影响目标的红外偏振特性。当环境热辐射强度小于目标自发热辐射强度时,红外线偏振度与环境热辐射强度呈负相关,即环境热辐射强度越大,红外线偏振度越小。当环境热辐射强度大于目标自发热辐射强度时,红外线偏振度与环境热辐射强度呈正相关,即环境热辐射强度越大,红外线偏振度越大。上述结果表明,当目标受到外部热辐射影响时,红外线偏振度会发生规律性变化。

关键词：光计算红外偏振热辐射偏振双向反射分布函数目标偏振特性光电防护

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基于Mueller矩阵的粗糙物体偏振特性的研究

基于Mueller矩阵的粗糙物体偏振特性的研究

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作者：王安鸽辽宁师范大学

学位级别：硕士

粗糙物体对光波的散射会产生退偏振现象,粗糙度不同引起的退偏振程度也不同。掌握粗糙物体的偏振特性对目标探测、材料鉴别、军事隐身等有重要意义。Mueller矩阵是一个四维矩阵,反映了光波的双向衰减、相位延迟、起偏、退偏振等特性,几... 详细信息

粗糙物体对光波的散射会产生退偏振现象,粗糙度不同引起的退偏振程度也不同。掌握粗糙物体的偏振特性对目标探测、材料鉴别、军事隐身等有重要意义。Mueller矩阵是一个四维矩阵,反映了光波的双向衰减、相位延迟、起偏、退偏振等特性,几乎包含了物体所有的表面特征信息,如材料、表面粗糙程度等,是获取物体偏振信息的重要手段。因此本论文借助Mueller矩阵研究了粗糙物体的偏振特性,具体工作如下:1、选取旋转式Mueller矩阵测量装置,测量了不同粗糙度下铜箔片、铝片、钢片三种金属目标的Mueller矩阵。实验装置主要由He-Ne激光器、圆偏振光产生系统、起偏系统、检偏系统、CCD五部分构成。通过多次调节起偏系统和检偏系统中的偏振片与λ/4波片,测量、计算得到目标的Mueller矩阵。2、分析了粗糙度对铜箔片、铝片、钢片的Mueller矩阵各分量的影响。结果表明:粗糙度对m00、m01、m10、m11、m22、m23、m32、m33八个Mueller矩阵分量影响较大,对其余八个分量影响较小;随着粗糙度的减小,三种金属的m01和m10逐渐增大,表明样品水平方向双向衰减能力增强,起偏能力增强;11逐渐减小,表明由样品反射光强能力引起的退偏振能力减弱;m22、m23、m32、m33都是反映由样品相位延迟所引起的退偏振,但m22、m33呈减小趋势,m23、m32呈增大趋势,总体退偏振能力不确定。3、由于使用Mueller矩阵中的单个分量不能全面描述样品的偏振特性,本文对Mueller矩阵进行了分解,得到三个相互独立的子矩阵及代表子矩阵的三个参数:散射退偏△、双向衰减D、相位延迟R。分析结果表明:随着粗糙度的减小,三种金属的△值减小、D值增大、R值变化平缓,说明样品总体退偏能力减弱,双向衰减能力增强,对延迟特性影响不大。

关键词：偏振探测 Mueller矩阵粗糙度目标偏振特性

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红外偏振成像实验研究

红外偏振成像实验研究

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作者：曾恒亮中国科学院研究生院(光电技术研究所)

学位级别：硕士

传统成像探测技术专注于目标的强度信息和光谱信息,在现在目标背景越来越复杂情况下,尤其是还有经过伪装和隐蔽的目标,因此需要开展对其他先进成像探测技术的研究,以便在复杂背景下检测和识别目标。红外偏振成像是在红外成像与偏振检测... 详细信息

传统成像探测技术专注于目标的强度信息和光谱信息,在现在目标背景越来越复杂情况下,尤其是还有经过伪装和隐蔽的目标,因此需要开展对其他先进成像探测技术的研究,以便在复杂背景下检测和识别目标。红外偏振成像是在红外成像与偏振检测的基础上,通过检测目标不同于光强、相位、振幅等光波物理特征的偏振信息,可以提供不同于强度图和光谱图的信息,能够利用目标与背景的偏振特征差异,增强目标背景对比度,提高目标探测与识别能力。本文从偏振光理论出发,根据菲涅尔公式、基尔霍夫理论以及普朗克黑体辐射定律,研究了目标红外偏振特性产生机理,对目标反射辐射偏振特性与自发辐射偏振特性进行了仿真分析;介绍了斯托克斯矢量偏振表示方法,研究了偏振成像技术的基本原理和目前主要偏振成像方法,为后续搭建红外偏振成像平台提供基础。其次,根据目标偏振特性模型,系统分析了观测角、表面粗糙度、折射率、波长等因素对红外偏振成像的影响,对相关因素进行了仿真分析和实验验证;搭建了长波红外偏振成像实验平台,并利用该平台和可见光偏振成像系统对室内外不同场景进行了偏振成像实验,结果表明偏振度能够提高场景对比度,对背景抑制明显;针对红外偏振成像系统不同偏振方向图像之间不匹配,利用基于sift的图像配准方法进行图像配准,配准之后的偏振特征参数成像图像在清晰度以及信息熵上均有所提高;考虑到偏振度图虽然提高目标场景对比度而场景亮度较低清晰度不高的特点,研究了基于非下采样剪切波变换的偏振图像融合方法,利用该方法对偏振特征图像和强度图进行融合,结果表明融合图在保证目标背景对比度的情况下,信息熵以及平均梯度均有所提高。

关键词：长波红外偏振成像斯托克斯矢量目标偏振特性图像融合

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