紫外偏振成像技术在痕迹检测、宇航探测等方面有着独特的优势, 然而目前已开展的研究主要针对紫外偏振成像技术和系统本身, 而针对紫外偏振成像系统定标方法的研究还相对缺乏。为了解决紫外偏振成像系统的定标问题, 利用自研的紫外偏振分时成像系统研究设计了一种系统定标实验方法。通过分析紫外偏振成像系统的设计原理, 开展定标实验, 实现了紫外偏振成像系统的辐射定标和偏振定标。测试结果表明, 定标后系统均匀性误差降至 1% 以下, 偏振度测量误差小于 2%, 满足系统定标精度要求, 验证了该定标实验方法的有效性, 对紫外偏振成像系统定标具有指导意义。

为了满足偏振扫描仪的偏振测量精度要求,提出一种利用偏振扫描仪星上偏振定标器精确测量标准偏振态数值的方法。首先介绍了偏振扫描仪的技术特点、测量原理和偏振定标模型;其次结合仪器特性,将地球反照光+线偏振定标器/非偏振定标器作为在轨偏振定标的偏振态标准源;然后分别设计了专用的线偏振定标器和非偏振定标器;最后利用马吕斯定律确定线偏振定标器的偏振态数值,将星下点数据筛选出线偏振度小于0.4的下垫面反射光作为非偏振定标器的有效光源,以获得符合要求的非偏振光。所设计的定标器符合全光路、全孔径、端到端的要求,可保障长期在轨偏振测量精度为0.005。

介绍一种多波段偏振成像仪的集成设计及实验室偏振定标方案。通过可调偏振度光源验 证仪器偏振定标精度,在10°视场内,当光源偏振度低于0.6时,仪器490 nm通道 偏振度测量相对误差优于1.6%, 670 nm通道偏振度测量相对误差优于1.7%。设计了多波 段偏振成像仪的系统软件,详细介绍了各个功能模块及自动化观测算法,通过敦煌辐射校正场 外场试验,验证了仪器野外运行的稳定性以及系统软件设计的合理性与实用性。

为了提升微偏振片阵列型长波红外成像系统精度, 在误差分析的基础上, 针对入射光偏振信息计算问题, 提出了一种偏振定标方法.通过确定像元级响应值与入射光功率的关系, 引入广义光学透过率, 不依赖大规模方程组运算, 实现了消光比、偏振方向的计算, 获取了微偏振片穆勒矩阵内各元素值.用固定盲元干扰下的超级像元内偏振信息计算法完成入射光偏振信息计算.实验结果表明, 该定标方法可有效降低误差干扰, 提高微偏振片阵列型长波红外成像系统探测精度.

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程 中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。 结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考 光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。 采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统 偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试 结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05%,验证了宽视场偏振遥感器 偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度，研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先，针对分孔径和分振幅的技术特点，结合实际的误差来源，理论推导了系统探测矩阵；其次，根据仪器参数，利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光，推导了星上偏振定标方程；然后，设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器；最后，提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点，可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。

针对地基大口径望远镜的机上自适应光学系统构建的低轨空间目标偏振成像系统, 提出一种基于非偏振标准星和机上起偏装置的宽带偏振定标方法。该方法以非偏振标准星作为光源, 并在望远镜系统的一次像面处加入起偏装置对入射光的偏振态进行调制, 再结合基于非线性最小二乘拟合的偏振定标方法分两步对整个偏振成像系统进行宽带偏振定标。为验证该偏振定标方法的效果, 利用Matlab软件基于相干矩阵和偏振追迹构建了相应的模型进行仿真分析, 仿真结果表明该偏振定标方法可以有效减小望远镜系统偏振效应对偏振探测准确性的影响, 并且偏振定标元件的初始角度误差在±5°范围内时对偏振定标准确性的影响极小。

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题, 提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用, 推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型, 确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应, 基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定, 通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后, 使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明, 基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率; 经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%, 满足大气气溶胶测量精度的要求。

介绍了多光谱分孔径同时探测系统的偏振定标方法。根据探测系统的特点，分析引起探测系统偏振效应的主要因素，包括偏振片消光比、装配误差导致的检偏器透过轴角度偏差和绝对光谱响应度；推导带有偏振片消光比、角度偏差和绝对光谱响应度的系统探测矩阵；设计具体实验，并求解系统探测矩阵中的未知定标数据；利用偏振度可调的光源对偏振定标方法及定标数据进行验证。结果表明，使用490，670，870，1610 nm波段，在输入偏振光的偏振度为20%时，测得偏振度的偏差分别为0.74%，0.01%，0.80%，0.59%，满足探测系统对实际偏振测量精度指标的要求。所提出的偏振定标方法有效可行，为该探测系统的实际应用提供了基础。