光谱偏振探测可以综合获得目标的光谱、 强度、 偏振态等参数, 有利于改善对目标的探测和识别能力。 本文介绍了基于红外高光谱偏振特性的伪装目标识别方法, 搭建了长波红外高光谱偏振测量系统, 开展了对两类伪装目标在不同温度下的高光谱偏振成像实验, 获取了有效的实验数据并进行处理分析。 结果表明: 两类伪装目标即使涂覆相同的表面涂料, 但受基底材料的热传导率影响, 在相同温度差异下红外偏振特性的提升量明显大于辐射亮度, 并有着温差越大偏振特性提升量差异越大的规律, 同时显示出波段选择性。 利用两类伪装目标偏振特性提升量的差异, 有效解决相同温度下伪装目标无法识别的难题。

对典型卫星表面材料进行了可见光偏振测试,基于测试数据完成了表面材料的可见光反射特性分析;推导分析了基于偏振双向反射分布函数的可见光反射偏振传输模型,并基于测试数据对模型的模拟计算精度进行了评价。结果表明:模型计算的反射偏振度与实测结果有较好的一致性,且在镜面反射情况下,典型卫星表面常用的主体包覆材料偏振度最小,但偏振角有最大值。即材质表面组成成份不同,其可见光反射偏振特性有较大差异。结合考虑目标表面的偏振特性更有助于区分目标的物质组成,研究成果可为改善典型卫星目标探测的有效性提供基础数据支撑。

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型, 推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式, 得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系；针对环境因素对红外偏振度的影响, 开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验, 结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关, 进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.

偏振探测有利于改善对目标的探测和识别能力, 是当前国内外研究的重要内容之一。介绍了长波红外高光谱偏振测量的原理, 并通过搭建长波红外高光谱偏振测量系统, 开展了对涂漆目标和镀铝目标在不同温度、不同观测角度下的高光谱偏振成像实验, 获取了有效的实验数据并进行处理分析。结果表明: 温度和观测角度对目标的光谱偏振特性有较大影响, 目标表面的红外光谱偏振特性随辐射温度差值及探测角度差值的增大而增大, 并具有波段选择性。利用目标温度和观测角度的差异对目标光谱偏振特性的影响, 可以进行有效的探测与识别, 并为探测器的波段选择提供参考依据。

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。

通过微面元理论的函数模型, 基于红外偏振辐射传输方程,推导分析红外偏振角与目标表面折射率、反射率及探测角度等关系的数学模型, 通过合理简化模型仿真得出偏振角随入射角的单调变化曲线; 开展红外偏振成像试验, 试验数据分析与仿真结果一致, 这表明: 目标边缘轮廓的偏振角特征与探测波长的相关性可以忽略, 在目标与背景辐射相差较小的情况下, 采用光谱辐射亮度对比度的方法无法区分目标, 而通过偏振角对比度可以明显区分-目标边缘特征, 并提出通过基于目标几何特征以及探测位置, 反演解算目标的姿态信息的新方法.

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。

针对扫描型热成像中垂直方向微扫描帧间位移不再精确为半像素的情况，按照错位方向的不同,分别采用近似回代算法进行图像重构，并对不同错位方向中近似回代引进的误差进行规律分析，提出一种非均匀微扫描情况下的无边框亚像元热成像处理算法.该算法采用邻近像元对边界像元进行近似回代，并根据统计学原理对近似回代过程中引进的误差进行优化，获得与原始图像高度近似的亚像元图像.实验表明,效果明显好于过采样和直接的近似回代，并且算法简单，处理量小，易于实现实时处理.对提高扫描型热成像系统的技术性能指标具有重要意义.

红外偏振成像技术是一种新的探测技术，其主要利用目标的红外偏振特性背景与目标区分开来。目前，主要是通过实验获取目标场景的偏振信息图像(偏振度、偏振角图像)，进而研究分析目标的红外偏振特性。但红外偏振信息与多种因素相关，仅通过常用的偏振信息图像无法获取需要的数据。为了更深入地研究红外偏振成像理论和目标的红外偏振特性，通过偏振双向反射分布函数模型推导了红外发射率模型和红外热偏振成像辐射控制方程，得出了偏振信息数学表达式，并在理论上分析了材料粗糙度及折射率对偏振信息的影响，这将为实现基于红外热偏振成像的目标探测提供理论指导。