1 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
2 西安交通大学电信学院，陕西 西安 710049
3 北京理工大学光电学院，北京 100081
开展了多谱段信息融合的偏振成像探测方法和技术研究，提出了多谱段偏振成像仪器总体方案；深入分析了目标起偏和传输特性建模与测试、高消光比金属微纳格栅偏振元件的优化、多谱段偏振成像探测系统光学设计、多谱段偏振信息处理等关键技术方案。提出一种新颖的深度网络，通过自学习策略来解决偏振图像融合问题，为研制多谱段偏振成像探测实验样机提供技术支撑，以满足偏振光学成像中目视辅助和引导的实际应用需求。
成像系统 多谱段偏振 目视辅助 偏振特性 微纳格栅 光学学报
2023, 43(15): 1511004
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性，建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数（pBRDF）模型。该模型基于Priest-Germer（P-G）理论，引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量，并结合水面微小平面的概率分布函数，更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油（机油、原油、柴油、煤油、汽油）目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明：若相对方位角为180°，线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小，随入射天顶角的增大也先增大后减小；线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小，在相对方位角为180°时达到最大，且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上，证明了该模型的准确性，为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。
海洋光学 偏振特性 偏振二向反射分布函数 P-G模型 可见光 溢油目标
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
3 吉林东光精密机械厂, 吉林 长春 130000
针对大气环境中颗粒物浓度检测问题,以油雾环境为研究对象,在经典Mie散射理论基础上,建立蒙特卡罗偏振散射模型,采用Stokes-Mueller矩阵分析方法研究Mueller矩阵元素的变化规律,并使用Mueller矩阵分解方法对图样进行讨论,通过分析Mueller矩阵元素中信息可以有效获取介质特性。基于采用光学厚度表征油雾浓度的方法,将实验测试和模拟仿真有机结合,以证明模型的正确性。结果表明,随着光学厚度的增加,即浓度的增加,Mueller矩阵元素M11图样随之增大,非偏振光学特征不断增强;且Mueller矩阵分解出的散射退偏矩阵强度值不断增大,散射退偏能力增强。该方法可更直观地判别不同浓度的颗粒物介质特征,达到可视化的效果,为大气颗粒物浓度的检测提供理论基础及测试新方法。
大气光学 Mueller矩阵分解 油雾环境 光学厚度 蒙特卡罗仿真 光学学报
2021, 41(23): 2301001
1 吉林省空间光电技术重点实验室, 吉林 长春130022
2 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
为了更好地抑制太阳耀光对海面目标探测的影响,基于偏振检测技术并结合背景水体、太阳耀光与典型海洋目标三者之间的偏振特性差异提出了一种海面太阳耀光抑制方法。分析了观测天顶角、太阳天顶角对太阳耀光背景下海面目标偏振度以及海面目标与太阳耀光背景对比度的影响,结果表明,在晴朗天气下对海面目标进行探测时,背景辐射主要受太阳辐射从海面直接反射产生的辐亮度影响。可见光波长550 nm与670 nm对太阳耀光的抑制效果无明显差异,均在53°观测天顶角附近、50°~60°太阳天顶角方向以及太阳天顶角和观测天顶角之和为106°左右时对太阳耀光的抑制效果较好。该研究对于提升海面目标与太阳耀光背景图像的对比度以及海面太阳耀光背景下的目标检测效果具有重要意义。
海洋光学 偏振检测 太阳耀光 海面目标 背景抑制 激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2001003
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
为了研究偏振光通过水体发生多次散射后偏振特性的变化，采用随机抽样拟合相函数的蒙特卡罗仿真方法进行模拟，通过模型仿真和实际实验来验证其真实性。仿真模拟了波长为532 nm的偏振光经过粒径满足（600±10） nm高斯分布的聚苯乙烯小球悬浮液的偏振态变化数据，模拟过程中的光子个数为106。实验分别研究了0°线偏光、45°线偏光、左旋圆偏光以及右旋圆偏光在聚苯乙烯小球悬浮液中偏振态的变化情况。无论是仿真结果还是实验数据均表明，圆偏振光的偏振度下降幅度相比线偏振光要小20%，即聚苯乙烯小球悬浮液粒子密度数越高，偏振光的偏振度变化波动就越大，同时就保偏性来说，圆偏光优于线偏光。在相同浓度水体中，不同起偏角度的线偏光的偏振态变化差别不大。
散射 偏振度 蒙特卡罗仿真 偏振传输特性 聚苯乙烯小球 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0529002
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
使用Stokes矢量表征光子的偏振状态，基于Mie散射理论计算出Muller矩阵，并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性，利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题，从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下，透射率和反射率随传输距离的变化情况，以及不同入射光偏振态及不同波长的入射光条件下，偏振度随海雾能见度的变化情况。该仿真实验结果为光在海雾粒子中偏振传输特性的研究提供了有益参考。
散射 偏振传输特性 矢量辐射传输 蒙特卡罗仿真 海雾环境 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0329001
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200150
1 长春理工大学 空地激光通信国防重点学科实验室，吉林 长春 130012
2 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130012
雾霾天气严重干扰了可见光成像效果，利用可见光偏振特性可以有效提升探测效率。雾霾环境会受到气溶胶颗粒湿度的影响，湿度是雾霾环境重要物理参数。为了获得可见光在雾霾环境的偏振特性规律，分析了环境湿度对偏振特性的影响。在非偏振光气溶胶单粒子散射特性基础上，采用改进蒙特卡罗方法建立了偏振传输模型，对不同湿度水雾环境下可见波段偏振光传输特性进行研究，重点分析水雾环境湿度改变对不同可见光波段偏振光偏振特性的影响情况并建立了接近真实水雾环境，通过室内实验对偏振模型进行验证，对不同湿度环境下的 450、532 、671 nm 线偏振光与圆偏振光的偏振度与偏振态改变进行了比较与分析，仿真模型置信度>60%。研究结果表明：偏振光的偏振度随水雾环境湿度是呈下降趋势。随着波长的增大，偏振度变化趋于平缓，出射偏振度随着波长的增加而变大，当激光波长为 450、532、671 nm 时，偏振度下降点的湿度值分别为 50%、70%、90%；圆偏振光入射，圆偏振光的旋性对于偏振度没有影响，且高于线偏振度值。对于水雾这种容易受湿度影响较大的环境而言，在可见光波段，应该尽量选择较长波长的偏振光进行传输探测，因为湿度对较短波长的影响比较长波长的影响要大，所以，在湿度较大的环境中，较长波长的圆偏振光是偏振保持特性最好的。在湿度较大的环境中，应尽量选取波长较长的偏振光成像，以达到较好的成像效果。
偏振特性 环境湿度 偏振度 蒙特卡洛 polarization characteristics ambient humidity polarization degree Monte Carlo 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200057
长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
基于矢量辐射传输方程的基本理论,考虑不同性质云层和不同海雾浓度的影响,将现有简化的两层大气结构细化为三层进行处理,采用倍加累加方法仿真天空光经过多层大气环境的散射过程,基于Rayleigh散射和Mie散射算法分别对每层粒子分布特性进行描述,建立适用于不同典型海洋环境下天空光的偏振分布模式。在太阳子午线位置处,研究海面观测高度角与下行辐射偏振特性的变化关系,研究结果表明,天空光偏振度随观测高度角呈规律性变化,随着云层和海雾粒子的增大及光学厚度的增加,偏振度逐渐增大。本研究为复杂海洋环境下垂直探测时天气环境及观测位置的选择提供了理论参考。
大气光学 辐射传输 倍加累加法 多层海雾环境 天空光 偏振特性 光学学报
2020, 40(22): 2201001
