1 中国海洋大学物理与光电工程学院，山东 青岛 266100
2 中国海洋大学电子工程学院，山东 青岛 266100
为了在耀光干扰下提升粗糙海面溢油的检测效果，基于Cox-Munk粗糙海面概率统计模型，对不同入射和观测几何下海水与油膜反射耀光的偏振度及其差异进行仿真研究。结果表明：入射和观测几何以及海面介质的折射率是海面耀光偏振度空间分布的主要影响因素；当满足一定太阳入射角时，海面介质折射率差异是水/油反射耀光偏振度差出现“正负反转”的主要原因；入射平面内水面溢油最佳偏振观测角度与太阳入射天顶角和溢油折射率相关。
测量 线偏振度 太阳耀光 水面溢油 多角度
1 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100101
3 中国科学院大学, 北京 100049
在卫星遥感研究中, 云检测是基础环节, 其结果影响大气、地表各种参数的定量遥感, 同时也影响云微物理特性的反演。本研究针对多角度偏振卫星载荷 (高分五号 DPC 传感器), 建立了一种改进的光谱特征云检测算法。该算法综合利用云像元和非云像元在可见光反射率光谱、氧 A 波段吸收、蓝光偏振反射率以及偏振虹等特性上的差异, 分别提出了陆地、海洋上空的云检测方案, 并进一步建立了多角度云检测融合策略以标记云、晴空和未定像元。在陆地检测中, 通过增加表观压强检测和偏振虹检测分别改进了高层薄云和低层薄云的识别; 在海洋检测中, 利用表观压强与云层的退偏特性改进了耀光区云像元的识别。全球云检测结果示例显示该算法整体检测效果较好, 同时典型区域的检测结果与 MODIS 云产品也具有较好的一致性。该研究可为高分五号 02 星上的多角度偏振传感器云检测提供方法基础。
高分五号 多角度偏振成像仪 云检测 表观压强 线偏振度 耀光 Gaofen-5 directional polarimetric camera cloud detection apparent pressure degree of linear polarization sun-glint 大气与环境光学学报
2022, 17(6): 598
稀土锆酸盐(RE2Zr2O7, RE为稀土元素)体系材料具有热导率低、 高温相结构稳定、 抗化学腐蚀和价格相对低廉等优势, 近年来在热障涂层、 环境障涂层和核防护涂层等领域得到广泛而深入的应用, 获得了广泛关注。 然而, 目前对该涂层材料的研究主要还是集中在热学、 力学及电学性能等, 对光学性能特别是反射光的偏振特性研究则鲜见报道。 以锆酸镧(La2Zr2O7)为代表, 系统研究了稀土锆酸盐光学偏振特性, 特别分析了材料表面属性与光学偏振特性的对应关系。 实验中利用固相反应法分别合成制备了La2Zr2O7粉体和致密块体材料, 并利用XRD(X-ray diffraction), Raman spectra和SEM (scanning electron microscope)等分析表征其微观结构, 结果显示制备的La2Zr2O7材料为立方焦绿石相结构。 在光学性能分析中, 分别用自然光和线偏振光作为探测光源, 在不同探测角下研究其反射光偏振特性。 研究表明, 对于自然光入射, La2Zr2O7块体和粉体材料的线偏振度(DOLP)与入射光波长呈现显著的依赖关系, 随着波长的增加, DOLP呈现出先增大后减小的趋势。 值得注意的是在红外波段, DOLP迅速降低并接近于0, 表明该材料在红外波段表现出良好的偏振隐身特性。 研究还发现, 在自然光入射时, 致密块体材料的DOLP分别在波长~720和~773 nm出现极大值, 且峰值波长对探测角度不敏感, 粉体材料在~714和~774 nm附近也出现两个峰。 在线偏振光入射, 块体材料在大角度探测角下, DOLP在~720和~763 nm出现两个峰, 与自然光入射光不同的是, 同一个探测角下两个峰的峰值大小基本相同, 粉体材料则在~720和~755 nm附近出现两个峰, 且峰值强度减弱, 说明涂层材料的粗糙度对反射光的偏振特性有一定影响, 研究进一步显示, 两个峰值对应的波长与探测角无显著依赖关系。 本研究结果为稀土锆酸盐涂层材料的偏振光谱学的开发、 应用和设计提供理论和实验支撑。
偏振光光谱 线偏振度 稀土锆酸盐 粗糙度 Polarized light spectrum Degree of linear polarization Rare earth zirconate La2Zr2O7 Roughness La2Zr2O7 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 2995
1 塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔 843300
2 新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室, 新疆 阿拉尔 843300
3 白城师范学院, 吉林 白城 137000
不同光照下, 如何消除或减小反演数据差异, 提高检测精度, 是目前南疆冬枣户外检测中遇到的一大难题, 因此通过用高光谱相机获得的南疆冬枣二向反射分布函数（BRDF）测量值, 采用最小二乘法拟合Roujean模型和Ross-Li模型的参数, 最后对比Roujean模型和Ross-Li模型反演的结果, 提出何种天气何段波长用何种模型反演效果最好的建议, 实验结果表明: （1）多云天气, 反演南疆冬枣线偏振度（Dolp）时, Ross-Li模型的R2是0.974 8, Roujean模型的R2是0.969 9; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.972 3, Roujean模型的R2是0.974 9。 阴天反演南疆冬枣Dolp时, Ross-Li模型的R2是0.965 1, Roujean模型的R2是0.977 8; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.942 0, Roujean模型的R2是0.968 8。 晴天反演南疆冬枣Dolp时, Ross-Li模型的R2是0.965 5, Roujean模型的R2是0.926 2; 反演南疆冬枣强度分量时, Ross-Li模型的R2是0.928 5, Roujean模型的R2是0.833 1。 整体反演的最佳方案是多云天气下的南疆冬枣Dolp用Ross-Li模型反演, 强度分量用Roujean模型反演; 晴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Ross-Li模型反演; 阴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Roujean模型反演。 （2）多波段反演的最佳方案是: 多云天气下, 反演南疆冬枣强度分量时, 波长为1 000~1 100 nm范围, 需用Ross-Li模型, 波长为1 450~1 600 nm范围, 需用Roujean模型, 其余波段处两种模型均可; 反演南疆冬枣Dolp时, 在波长为1 300 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处两种模型均可。 阴天反演南疆冬枣强度分量时, 在1 000~1 350 nm范围, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处两种模型均可; 反演南疆冬枣Dolp时, 在1 000~1 350 nm范围, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型。 晴天反演南疆冬枣强度分量时, 波长为1 000~1 350和1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型, 其余波段处则无特殊要求; 反演南疆冬枣Dolp时, 在1 000 nm附近, 需用Roujean模型, 在1 600 nm附近, 需用Ross-Li模型。 探索出消除或减小反演数据差异的方法, 为南疆冬枣户外检测提高精度奠定基础。
二向反射分布函数 Roujean模型 Ross-Li模型 线偏振度 强度分量 Bidirectional reflection distribution function Roujean model Ross-Li model Linear degree of polarization Intensity component 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1737
塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆 阿拉尔 843300
农业遥感检测时, 晴朗的天气是采集光谱的必要条件。 本研究主要目的是: (1)通过高光谱偏振探测技术, 探究不同天气(晴天、 阴天、 多云)对不同波长下南疆冬枣二向反射分布函数(BRDF)的偏振参量(S0, ε0, f00)、 线偏振度(Dolp)与理化值模型的影响; (2)对比不同天气条件下的实验结果, 为户外红枣品质的遥感探测提供一定的环境适应性参考和前景应用性参考。 利用统计分析方法, 分析了南疆冬枣水分与其光谱偏振特性的统计关系, 分别建立了不同天气条件下S0, ε0, f00, Dolp的一阶导数光谱形式与南疆冬枣水分含量的统计方程, 选用相关系数R、 校正集样本的标准差(RMSEC)、 预测集样本的标准差(RMSEP)共3个指标对模型的性能和预测能力进行评价。 相关性分析结果表明: 户外晴天、 阴天、 多云三种天气条件检测南疆冬枣品质时, 水分含量与高光谱偏振数据之间具有较好的相关性, 但多云天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量的相关性要优于晴天和阴天条件下的相关性, 前者模型的相关系数最大, 其r值分别为: 0.913和0.914, 且最接近暗箱光谱与水分含量模型的相关系数R的值: 0.926。 模型的可行性分析结果表明: 三种天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量模型的校正集样本的标准差最大值分别为0.009 71和0.008 73, RMSEC的值越小, 表明模型回归的越好。 模型对外部样本的预测能力分析结果表明: 三种天气条件下偏振参量、 线偏振度与水分含量模型的预测集样本的标准差最大值分别为0.012 3和0.011 7, RMSEP的值越小, 表明模型的预测能力越强, 结果越准确。 不同天气实验结果表明: 因偏振有“强光弱化, 弱光强化”的作用, 通过对比晴天、 阴天、 多云实验结果, 该方法有较好的环境适应性, 在户外红枣品质遥感探测方面有广泛应用前景。
二向反射分布函数 高光谱 线偏振度 天气 理化值 Bidirectional reflection distribution function Hyperspectral Linear degree of polarization Weather Physical and chemical value
1 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
2018年5月,我国成功发射了高分5号卫星,其上搭载了多角度偏振成像仪。卫星载荷受发射时的振动、在轨空间环境变化以及元器件电路 系统老化等因素的影响,各种辐射特性发生变化,从而导致整个载荷辐射性能与在轨前的实验室定标结果之间存在一定偏差。 基于海洋耀光对高分5号卫星多角度偏振成像仪的偏振测量定标的方法,并利用在轨测试期间数据,对载荷进行了初步的偏振辐射 定标测试。测试结果表明, 3个偏振波段(490, 670, 865 nm)线偏振度测量值与理论值有很好的一致性,平均偏差分别约为－0.03、 －0.04、－0.01,载荷发射前后偏振测量状态未发生明显改变。基于自然目标的在轨替代定标方法,还可用于多角度偏振成像仪 偏振辐射性能随时间变化情况的长期监测。
定标 线偏振度 太阳耀光 多角度偏振成像仪 calibration degree of linear polarization the sun glint directional polarization camera
1 北京大学空间信息集成及其应用重点实验室, 地球与空间科学学院, 北京 100871
2 School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, 639798, Singapore
3 河海大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 211100
无论是多角度遥感的发展、 还是偏振、 高光谱遥感的发展, 它们有一个相同的目的, 即利用电磁波的种种特性、 以及空间特性来对地球表面的一切地物进行精确的识别。 任何单一的方法和手段不可能完整地描述和反映地物的所有特征。 偏振测量是目标测量识别技术中不可缺少的技术之一, 并且成为近年来全世界目标识别领域中的研究热点。 由于定量遥感的反射强度对植被遥感的影响不可忽视, 反射辐射信号呈现饱和或过弱都不能被检测到。 而偏振是植被定量遥感的重要手段, 因而有必要开发一种克服由反射强度强弱引起的植被反演误差的方法, 这也是我们目前的研究目标。 如果反射的辐射信号太强或太弱, 都会影响遥感的准确性, 而来自植被的偏振光可以提供有用的信息, 特别是当反射的辐射信号饱和时, 使得传感器不能获得足够有用的非偏振信息。 本研究采用基于地面的偏振成像光谱仪系统, 开发了一种偏振方法来克服反射强度过强过弱引起的植被反演误差。 利用FISS-P偏振成像光谱仪系统研究了反射强度对遥感植被NDVI和DoLP效用的影响, 实验地点在北京市中国科学院奥林匹克科技园。 在对目标采样时对反射率强, 反射率弱以及反射率适中的植被分别测量, 同时对目标植被的不同波段(470, 555, 670, 864 nm)的DoLP进行计算与分析。 地基成像光谱仪系统(FISS-P)提供了具有偏振信息的高空间分辨率图像, 我们可以确定在阴影和强反射区域中单个像素的光谱偏振特性。 在成像光谱信息的基础上, 利用光的偏振性来对地物的物理特性进行分析。 本文使用斯托克斯分量来表征反射光的各个偏振分量, 使用线偏振度(DoLP)表征反射光偏振程度。 信号饱和度和阴影效应导致归一化植被指数(NDVI)植被密集程度非常低, 造成严重的反演误差, 然而强反射对线偏振度(DoLP)的影响不大。 研究结果表明, 反射辐射信号饱和时, 偏振效应可以通过适当的频带提高植被的反演精度, 平均NDVI的相对误差为33.8％, 而DoLP(670 nm)的相对误差仅为6.3％, 而其他波段的DoLP(555 nm, 864 nm)的相对误差要大很多。 这项研究结果表明, 在植被识别时可以忽略强反射, 然而, 阴影(弱反射)效应是不容忽视的。 FISS-P偏振成像光谱仪是用于计算具有不同反射强度的样品类型的偏振和非偏振参数的有效工具, 同时发现在识别植被时, 强烈的反射可以忽略不计, 但是植被的阴影(弱反射)效应不容忽视。 与非偏振方法相比, 偏振效应可以提高反射辐射信号饱和时的植被反演精度。 这项研究分析了使用偏振法强弱反射强度引起的误差减少。 为了进一步揭示植被的阴影(弱反射)效应与DoLP之间的关系, 还有一些问题需要解决。
线偏振度 场成像光谱仪系统 反射强度 Degree of linear polarization Field imaging spectrometer system NDVI NDVI Reflection intensity 光谱学与光谱分析
2018, 38(10): 3315
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室 上海 200083
2 中国科学院大学 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
近红外偏振探测器是近年来一种新的探测器结构, 它将光栅附在了焦平面探测器的表面.为了解决光栅透射率和角度不均匀对线偏振度测量的影响, 采用了一种新的线偏振度求解方法.该方法对光栅透射率和光栅角度进行了校正, 消除了光栅透射率和光栅角度不均匀性对线偏振度测量的影响, 理论上表明了红外偏振成像质量与光栅透射率和光栅角度无关.实验结果显示, 在使用黑体作为标定光源和不考虑偏振像元之间串扰的情况下,采用原有的计算方法得到的结果是真实值的14%~24%, 透射率校正后的结果是真实值的80%~120%, 透射率和角度校正后的结果是真实值的96%~104%.
红外偏振 透射率校正 角度校正 线偏振度 Infrared polarization transmittance correction angle correction DoLP
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于二向反射模型, 对碳纤维、渗碳膜、F46和OSR四种典型的空间目标样本的偏振光谱数据进行测量; 通过测算样本Stokes参量获取样品多角度下的线偏振度与偏振角信息, 并对其进行统计.结果表明, 样本线偏振度和线偏振角的均值、方差之间存在较大差异, 对比分析样本均值和方差之间的关系能有效提高目标的探测和识别性能, 可以解决传统光谱技术上产生的“同物异谱”和“同谱异物”问题; 所获取的偏振特性可为偏振遥感提供更多的光学信息.
光谱偏振特性 Stokes参量 线偏振度 线偏振角 均值 方差 Spectral polarization characteristics Stokes parameter Degree of linear polarization Orientation Average value Variance
