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基于AOTF分光和lcvr相位调制型光谱偏振成像技术研究

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基于AOTF分光和LCVR相位调制型光谱偏振成像技术研究

作者：薛鹏中北大学

学位级别：硕士

光谱偏振成像技术(Spectropolarimetric imaging,SPI),是一种集空间目标二维影像、光谱、偏振于一体的新型光信息获取和应用技术,该技术可获取光谱成像所无法获取的目标光独有的偏振特性,多维信息的综合利用可以进一步来提高目标识别探... 详细信息

光谱偏振成像技术(Spectropolarimetric imaging,SPI),是一种集空间目标二维影像、光谱、偏振于一体的新型光信息获取和应用技术,该技术可获取光谱成像所无法获取的目标光独有的偏振特性,多维信息的综合利用可以进一步来提高目标识别探测能力。所以目前该技术广泛应用于军事探测、医疗检测和大气污染监测等领域。论文基于声光可调滤波器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)分光和液晶可变相位延迟器(Liquid crystal variable retarder,lcvr)相位调制相结合的新型光谱偏振成像技术原理,为了实现系统光谱和偏振的精确和快速测量,对影响系统测量精度的原因进行了理论分析和实验修正,并提出了斯托克斯(Stokes)参量的快捷测量方法。因此,本论文主要从以下几个方面来展开阐述研究。首先对AOTF和lcvr的工作原理及其基本性能进行了研究。详细的从压电换能器声场衍射角度分析了光谱展宽的原因;并根据AOTF分光机理,理论分析了不同入射光极角导致AOTF?1级衍射光中心波长变化的原因,为下一步AOTF的光谱校正和实现光谱精密测量提供了坚实的理论基础。其次,提出了一种双lcvr相位调制和AOTF分光的全新高光谱全偏振成像系统,在分析了光的偏振态和典型器件的米勒矩阵的基础上,针对系统特点建立了适用于该系统的光谱偏振测量模型,并首次提出了一种被测目标光的Stokes参量的快捷获取方法。再次,为了实现提出系统高精度的光谱测量,对光垂直和非垂直入射AOTF导致衍射光中心波长变化进行了精确定标研究,并通过最小二乘非线性拟合得到了光谱修正方程;为了实现高精度的偏振测量,提出了lcvr对不同波长光波初始相位延迟量的最小二乘精确定标研究,并得到了初始相位延迟量定标方程,并实验验证了该方程的精确性。最后,根据上述所提出的系统,搭建了实验样机。利用样机对上述所提出的被测目标光Stokes参量的快捷测量方法进行了实验性验证,而且还利用样机进行了外场的光谱实验和光谱偏振实验,实验验证了该系统进行光谱偏振成像方面的可行性和可靠性。

关键词： AOTF lcvr 光谱偏振成像 Stokes参量光谱校正最小二乘法

基于AOTF和lcvr的全偏振反射成像研究

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福光技术

福光技术 2023年第1期45卷 70-73页

作者：闫并乡李卓杭吕智超郑国锋张亦哲李家康马晃伟张春光王号医学光电科学与技术教育部重点实验室福建师范大学光电与信息工程学院福建福州350007

文中提出了一种AOTF与双lcvr相结合的光谱偏振反射成像系统。通过对近景树叶上的病变组织进行单色光成像,获取stokes参量图像,并对图像进行了优化,使得图像细节清晰可见。结果表明,该系统可以对近景物体进行反射光谱偏振成像,为后续进... 详细信息

文中提出了一种AOTF与双lcvr相结合的光谱偏振反射成像系统。通过对近景树叶上的病变组织进行单色光成像,获取stokes参量图像,并对图像进行了优化,使得图像细节清晰可见。结果表明,该系统可以对近景物体进行反射光谱偏振成像,为后续进一步研究不同物体表面反射偏振成像提供了可行性.

关键词： AOTF lcvr 反射偏振 Stokes参量

Noise suppression for the detection laser of a nuclear magnetic resonance gyroscope based on a liquid crystal variable retarder

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Chinese Optics Letters 2017年第8期15卷 95-99页

作者：周斌权雷冠群陈琳琳吴文峰王卓孟晓风房建成 School of Instrumentation Science and Opto-Electronics Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China Key Laboratory on Inertial Technology Beijing 100191China

Nuclear magnetic resonance gyroscopes （NMRGs） are a kind of rotation-speed sensor that senses the angular velocity by measuring a frequency shift in the Larmor pre- cession of the nuclear spin in a constant magnetic... 详细信息

关键词： rate Noise suppression for the detection laser of a nuclear magnetic resonance gyroscope based on a liquid crystal variable retarder lcvr

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一种适用于涂层的双高斯偏振BRDF模型

红外与激光工程 2017年第11期46卷 190-196页

作者：张颖宋平赵慧洁北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室北京100191

为了更精确地描述涂层类材料的偏振双向反射分布函数,在微面元模型的基础上建立了双高斯偏振BRDF模型并对模型进行了仿真。相对于以往模型,其耦合了强度分布非朗伯的且包含偏振成分的以Rahman-Pinty-Verstraete函数为基础的漫反射。利... 详细信息

为了更精确地描述涂层类材料的偏振双向反射分布函数,在微面元模型的基础上建立了双高斯偏振BRDF模型并对模型进行了仿真。相对于以往模型,其耦合了强度分布非朗伯的且包含偏振成分的以Rahman-Pinty-Verstraete函数为基础的漫反射。利用基于lcvr的全偏振多谱段成像仪在476 nm波段对白色、哑光白和珍珠白的自喷漆以及普通光盘背面的漆进行了多组面内偏振BRDF测量实验。之后从部分实验数据出发利用最小二乘法对模型参数进行了分步反演,反演结果在多组初值条件下都一致,证明反演得到的参数为全局最小值。最后对获得的模型参数进行仿真,结果表明模型对强度值和偏振度值符合都很好,尤其是能够符合漫反射的偏振。该模型对物质分类及识别以及场景仿真具有一定的实用意义。

关键词：偏振BRDF 偏振漫反射涂层 lcvr

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液晶相位调制型声光成像光谱偏振测量研究

应用光学 2016年第4期37卷 578-583页

作者：薛鹏王志斌张瑞薛锐王玉江解琨阳电子测试技术重点实验室山西太原030051 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051 中北大学理学院山西太原030051

新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比,不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点,而且还能同时满足AOTF和lcvr的小角度入射,大大提高了光谱测量精度和偏... 详细信息

新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比,不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点,而且还能同时满足AOTF和lcvr的小角度入射,大大提高了光谱测量精度和偏振测量精度。通过实验计算,用拟合修正后的波长λ0和驱动频率fa关系式进行光谱测量,其相对误差值比用理论公式进行测量时减小约一个数量级。并且只需4组相位延迟量和4幅强度图即可求出全部的斯托克斯Stokes参量。理论分析了当系统考虑入射角度时,其偏振度、线偏振度、圆偏振度和角偏振度的最大相对误差值比只考虑光垂直入射时分别减少约0.306%、0.130%、10.96%和3.783%,为进一步提高系统的测量精度提供了理论基础。

关键词： AOTF lcvr Stokes 偏振测量误差分析

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基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统

电光与控制 2021年第6期28卷 72-75,89页

作者：杨威王晓曼石林赵海丽长春理工大学电子信息工程学院长春130000

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(lcvr)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量... 详细信息

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(lcvr)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量图像,解算出偏振度、偏振角图像。该方法利用双相机同时成像技术,解决了单相机采集信息不完整的问题,可以实现完全Stokes测量,同时获得目标的线偏振和圆偏振图像。实验结果表明,偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像,包含了更多的细节信息,Dop图像在图像评价指标方面均有5%以上的提升,说明Dop图像可以更好地还原被测目标物。采用该方法可以提高对静态目标的识别能力。

关键词：偏振成像 Stokes矢量 lcvr 柔性调制

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基于偏振光谱成像的目标检测技术

基于偏振光谱成像的目标检测技术

作者：王书朋长春理工大学

学位级别：硕士

在遥感探测中,能有效的将伪装目标从复杂背景中检测出来,具有重要的研究意义。成像是目标检测的主要信息获取方式。传统的目标检测方法是分析探测区域的可见光图像从而找出伪装目标,但单一的光强成像由于受环境影响大,信息量小,所以具... 详细信息

在遥感探测中,能有效的将伪装目标从复杂背景中检测出来,具有重要的研究意义。成像是目标检测的主要信息获取方式。传统的目标检测方法是分析探测区域的可见光图像从而找出伪装目标,但单一的光强成像由于受环境影响大,信息量小,所以具有很多的局限性。而偏振光谱成像技术可以同时获取被测目标的偏振、光谱、空间等多元信息,能有效提高复杂环境中的目标辨识度,已经成为目标检测领域一个崭新的研究方向。为了提高目标检测的辨识度,本文研究了基于偏振光谱成像的目标检测技术,在充分研究偏振光谱成像理论的基础上,构建了一种结构简单、成本较低、易于集成的多光谱、分时调制的全偏振成像系统。该系统利用液晶可变相位延迟器(lcvr)代替传统的电机带动λ/4波片旋转,并结合液晶调谐滤光片(LCTF)进行光谱波段调谐,在可见光与近红外波段上快速实现对入射光的全偏振态柔性调制,从而完成目标的全偏振光谱成像检测。文中重点阐述了分时调制偏振成像探测机理,给出了基于偏振光谱成像目标检测系统的总体设计方案,从光学偏振调制单元、图像采集传输单元和图像处理软件平台三个方面展开了相应的硬件电路设计与软件设计,并通过室内目标成像探测实验,实现了目标偏振光谱图像的自动获取。在实验部分,本文主要对选用的偏振光调制器进行了实验标定,给出了lcvr相位延迟量的标定方法,采用消光的方式对电控旋转偏振片的偏振化方向进行了标定。最后,利用设计好的偏振光谱成像系统完成了目标偏振成像实验和目标光谱特性探测实验。实验表明该偏振光谱成像系统可有效提高目标辨识度、凸显目标表面纹理特征。

关键词：偏振光谱成像目标检测 LCTF lcvr 标定

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基于偏振成像的目标探测技术研究

基于偏振成像的目标探测技术研究

作者：徐宗杰长春理工大学

学位级别：硕士

相对于传统成像技术,偏振成像技术既可以获得强度成像信息,还可以获得被探测目标的偏振信息,通过这些偏振信息可以知道目标的特性信息,包括目标的构成材料、表面特性和结构特性等。利用光的偏振特性来研究被测目标物体的理化特性是一种... 详细信息

相对于传统成像技术,偏振成像技术既可以获得强度成像信息,还可以获得被探测目标的偏振信息,通过这些偏振信息可以知道目标的特性信息,包括目标的构成材料、表面特性和结构特性等。利用光的偏振特性来研究被测目标物体的理化特性是一种有效的目标探测手段,是对传统强度成像的补充和发展。偏振成像探测技术可以在自然环境下有效地识别伪装目标,可以提高杂乱背景下目标的识别率。偏振成像探测技术以其独特的优势,被广泛应用于各个领域。本文以液晶相位可变延迟器(liquid crystal variable retarders,lcvr)作为相位延迟器件对全偏成像探测系统进行了研究,主要内容如下:1、对偏振成像探测的基本理论进行研究;根据偏振成像探测理论,用两个lcvr和一个偏振片组成的偏振态检测组件实现对入射光的快速地、精确地检测;对lcvr进行了曲线标定,确保了所获得的斯托克斯参量图像的准确性。该设计方案计算简单,图像采集速度快,方便软件系统的设计与程序的编写。2、用E-P定标法对系统进行标定,得到非奇异的系统矩阵,将矩阵写入软件系统的图像处理程序,通过计算即可求得入射光的偏振态。为检验定标后系统的准确性,用一组已知偏振态的入射光对偏振成像探测系统进行了实验验证,经计算得到入射光的斯托克斯参量的实测值,与其理论值进行对比,实验表明实测值的误差较小,证明该系统具有较好的准确性。3、用定标后的系统采集图像,通过计算得到目标场景的斯托克斯参量图像和偏振特性参数(偏振角和偏振度)图像;用小波变换对图像进行融合处理,并在不同目标场景下进行了几组偏振成像探测实验。实验结果表明,相对于强度成像,偏振成像能够凸显目标物体的轮廓边缘和细节信息;在雨、雾和雪的天气条件下,偏振信息能够比较好的保留,因此,在雨、雾和雪的天气条件下偏振成像比强度成像更有优势。

关键词：偏振成像 lcvr 系统定标 Stokes矢量