地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測技術研究

《地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測技術研究》是依託北京航空航天大學，由張穎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測技術研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：張穎
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

利用地物反射光進行偏振成像遙感探測時，不斷變化的天空光會影響對地物的偏振探測精度與定量化水平，研究基於高精度偏振調製器件的偏振成像技術並對地物反射光和天空光進行同步探測，是目前對地偏振成像遙感亟待解決的關鍵技術問題。本項目提出一種基於雙頻液晶可變偏振器（LCTPF）的全偏振多譜段成像探測技術，通過LCTPF電壓調製技術、LCTPF相位調製補償技術、基於LCTPF的全偏振光譜探測技術、光學系統最佳化方法和系統集成技術等一系列關鍵技術的研究，研製在航空平台工作模式下的探測系統，完成地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測，並建立基於光波傳輸的偏振態反演模型，實現基於天空光偏振參數的地物反射光偏振態的補償校正，有效地提高對地偏振成像遙感的探測精度與定量化水平。

結題摘要

利用地物反射光進行偏振成像遙感探測時，不斷變化的天空光會影響對地物的偏振探測精度與定量化水平，研究基於高精度偏振調製器件的偏振成像技術並對地物反射光和天空光進行同步探測，是目前對地偏振成像遙感亟待解決的關鍵技術問題。本課題完成了地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測的原理設計，全偏振測量技術研究，基於液晶可變相位偏振器的全偏振成像探測系統設計，系統定標技術研究，地物反射光偏振態的補償校正方法研究。 首先，研究了實現地物反射光和半球視場下天空光的同步全偏振成像探測原理，通過分析地物反射光和天空光的全偏振多譜段成像遙感的偏振態傳輸和數據獲取過程，完成了偏振方向可控的全偏振多譜段成像探測系統的總體設計與探測模式設計。 其次，在基於斯托克斯矢量和穆勒矩陣的全偏振探測原理的基礎上，研究了基於液晶可調諧偏振器的全偏振探測機理，突破該偏振器件的電壓調製技術，完成其性能參數定標和驅動電路的設計。 再次，根據全偏振多譜段成像探測系統的特點和總的技術要求，分別對兩個子系統——地物偏振探測系統和天空光偏振探測系統進行了設計。完成了光學成像系統的光學設計，研製系統各單元模組間的同步時序控制電路和多路串列通信接口電路；設計了針對性強、採集控制方便快速的專用圖像採集系統。在此基礎上，完成了地物反射光和天空光的同步全偏振成像探測系統的實驗室原理樣機研製，研究了全偏振探測系統的儀器矩陣定標的原理，突破了半球視場條件下的高精度全偏振定標技術，建立了偏振定標系統。 最後，在分析探測系統入瞳偏振輻射組成的基礎上，確定了地物反射光偏振態的補償校正方法，完成了不同天空光下的典型地物探測試驗，試驗結果驗證了補償校正方法的有效性。 地物反射光-天空光同步偏振探測系統，能夠同時獲得地物反射光和天空光的偏振特性。通過偏振探測能夠獲得地物目標的表面形貌特徵等固有偏振特性參數，並且通過校正大氣效應能夠有效提高地物目標偏振探測的精度，同時，也能夠為大氣參數探測提供數據。該課題的研究為新一代的基於偏振特徵的光學遙感器的發展奠定基礎，對提高對地偏振成像遙感數據的定量化反演水平與套用範圍有著重要意義。