1 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)和液晶可变延迟器(Liquid crystal variable retarder, LCVR)的光谱偏振成像测量精度影响大, 且整个系统实现复杂等缺点; 考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小, 结合AOTF高光谱成像的优点, 提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理, 并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动, 进而分析了该波动对偏振测量的影响, 并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机, 对450~950 nm波段进行了偏振测量, 修正后偏振度测量误差≤1%, 对偏振方向的测量偏差≤1.8°, 以633 nm为例, 对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验, 结果表明, 该新技术原理正确, 修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。
光谱偏振成像 声光可调谐滤波器 超消色差波片 Stokes参量 spectropolarimetric imaging AOTF superachromatic wave plate Stokes parameters 红外与激光工程
2019, 48(8): 0814004
中国人民解放军 装备学院 光电装备系, 北京 101416
为了分析液晶光谱偏振系统的方位误差并降低测量误差, 提出了选偏器方位误差的分析方法。该方法基于Stokes矢量及Mueller矩阵, 将偏振角的方位误差转化为Stokes矢量传递误差, 推导了误差的协方差矩阵, 分析了权重系数与延迟相位的变化关系, 并对不同偏振态入射光条件下的品质因数变化进行了计算仿真。方位误差依赖于入射光Stokes参数与延迟相位, 不同偏振态的入射光品质因数随延迟相位成抛物线变化。当延迟相位位于[60°,120°]区间内, 选偏器的方位误差较小, 测量误差较小适宜测量。通过对液晶偏振光谱系统配准误差的研究, 获得误差来源, 为进一步提高系统测量精度奠定了理论基础。
方位误差 液晶偏振光谱系统 协方差矩阵 Stokes矢量 misalignment error liquid crystal spectropolarimetric system covariance matrix Stokes vector
张瑞 1,2,3,*陈友华 1,2,3李克武 1,2,3王志斌 1,2,3[ ... ]张敏娟 1,2,3
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心， 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室， 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术重点实验室， 山西 太原 030051
基于弹光调制器和声光可调谐滤波器(AOTF)的新型光谱偏振成像系统部件多, AOTF入射角小,同一幅图中光谱分布不均。为此提出了一种前置光学系统由凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的光学系统，压缩被测目标视场角，使其满足AOTF视场角要求，并将目标平行入射光变为平行光入射进AOTF，以便光谱修正。不同位置的目标以不同入射角依次进入光学系统和AOTF，在CCD上的成像位置也不同。AOTF的衍射光中心波长与入射角有关，可通过拟合测得衍射波长与入射角的关系，进而得到CCD像元与中心波长的关系，并对光谱修正方法进行了详细分析。实验结果表明，修正后的光谱测量误差比普通的AOTF光谱成像平均降低一个数量级，且成像清晰，提高了光谱偏振成像系统的光谱测量精度。
成像系统 光谱修正 光谱偏振成像 声光可调谐滤波器 弹光调制 光学学报
2016, 36(10): 1011001
1 中北大学理学院, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
为了实现声光可调滤波器(AOTF)和液晶可调相位延迟器(LCVR)相结合的新型高光谱偏振成像系统全Stokes参量的快捷准确获取,提出了一种新的测量方法。该方法采用一个驱动信号源同时控制系统中两个LCVR，当LCVR在不同波长下进行相位调制时，依次取４个固定的驱动电压，求得不同波长下LCVR1和LCVR2的４组相位延迟，通过相应的数学计算即可快速精确求得目标光全部Stokes参量。波长为632 nm时，以偏振方向分别为0°、90°、45°的偏振片和1/4波片为目标物，毛玻璃为背景，通过系统成像后获取了全部Stokes参量的图像。结果表明，该测量方法不仅可以快速准确地获取目标物全部Stokes参量，而且系统成像质量良好。对532 nm波长下的真假树叶进行高光谱偏振成像，进一步验证了该测量方法的快捷准确和系统的可靠性。理论分析了影响Stokes参量测量精度的因素，为提高系统测量精度提供了理论基础。
光谱学 高光谱偏振成像 Stokes参量 声光可调滤波器 液晶可调相位延迟器
详细分析了土壤背景偏振光谱二向反射分布函数与探测角及探测方位角之间关系.提出了基于最小二乘支持向量机回归的偏振光谱二向反射分布函数建模，将有限实验观测条件下测量得到的少数偏振光谱二向反射分布函数扩展到2π空间范围内任意入射及观测条件.通过模型结果和实验结果分析比较，表明该模型能很好地满足准确度要求.
偏振光谱二向反射分布函数 探测几何条件 LS-SVM回归 Spectropolarimetric bidirectional reflectance dist Detection geometry LS-SVM Regression
提出一种基于偏振光谱二向反射分布函数图像的物质自动分类方法，该方法主要选择偏振光谱二向反射分布函数信息作为新的特征用于物质自动分类.采用支撑向量机的分类方法对不同的天气条件(晴天、多云、阴天)下处于杂乱的自然草地背景环境中的典型目标进行分类，最后比较三种不同特征选择对于分类准确度的影响.采取三种不同的特征选取方法，分别为采用单一的光谱特征、偏振光谱特征及偏振光谱二向反射分布函数特征.最后通过实验得出：将偏振光谱二向反射分布函数作为分类特征在三种不同的天气情况下，分类准确度都较高，特别是在阴天天气条件下，分类准确度明显高于其它两种特征选择.即使是在阴天低照度下的场景中，当不同目标和背景之间的灰度很接近时，采用本文方法也能准确的进行自动分类.
偏振光谱 二向反射分布函数 物质分类 特征选择 支撑矢量机 Spectropolarimetric BRDF Material classification Feature selection SVM
西北工业大学自动化学院, 陕西 西安 710072
通过比较测量方法测量得到绿漆涂层木板探测目标在400～720 nm的光谱偏振二向反射分布函数值, 从获得的户外试验测量数据入手, 分析与探测角、 波长之间的关系, 通过有限探测条件得到的光谱偏振二向反射分布函数值(BRDF)建立光谱偏振BRDF模型, 来描述探测目标的偏振二向反射特性。 其中利用基于小面元的模型建立光谱偏振BRDF模型, 利用遗传算法和Levenberg-Marquardt(LM)算法相结合的优化算法来获得非线性模型参数。 仿真实验结果表明采用的遗传LM优化算法具有较好的性能, 能较快较准确得到非线性的模型参数。 真实实验数据证明了基于小面元模型的正确性, 表明光谱偏振二向反射分布函数建模方法结果的可靠性。 最后与绿漆涂层铁板目标的模型反演参数进行比较得出： 2种不同材质、 相同颜色涂层的目标, 具有较为接近的折射率, 其较小差别可以理解为由涂层的厚度、 均匀程度的不同导致, 而非不同的材质所引起。on GA-LM Method
涂层目标 遗传LM算法 光谱偏振BRDF 小面元模型 Painted target GALM optimization algorithm Spectropolarimetric
