1 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 上海卫星工程研究所，上海 200240
卫星载荷在海洋上探测温室气体时，为获得高精度的气体浓度数据，采用海洋耀斑观测模式，因此实时耀斑位置的准确计算是获得高精度有效数据的必要前提。提出了基于最优线搜索的改进海洋耀斑计算模型，根据WGS-84椭球模型，在二分法搜索满足镜面反射耀斑点要求的基础上，采用最优化中线搜索的思想对算法进行改进，使其更好地符合耀斑点共面条件。经仿真分析，与卫星工具包（STK）仿真结果对比，所提改进模型计算的耀斑位置距离误差显著降低至90 m。
海洋耀斑 温室气体 WGS-84椭球 二分法 线搜索 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2001001
光学 精密工程
2023, 31(15): 2181
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
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 北京航空航天大学人工智能研究院，北京 100191
针对海面太阳耀光背景下传感器受到强干扰而无法有效探测的问题，本文提出了太阳耀光场景下的自适应偏振探测方法。根据太阳耀光辐射分量的偏振特性，本团队设计了单/双偏振片观测模式，搭建了中红外偏振探测系统。先根据计算得到的不同场景下的耀光辐射，切换相应的工作模式进行耀光抑制，以增强目标在图像中的对比度；然后结合图像处理滤波算法，对不同太阳耀光背景下的船体目标进行有效探测。两种工作模式被用于太阳耀光抑制实验：针对远距离、近布儒斯特角观测实验场景，选择单偏振片观测模式即可有效凸显目标，然后结合形态学滤波算法就可实现目标探测；针对近距离、近水平角观测实验场景，选择双偏振片观测模式，可在有效抑制太阳耀光水平分量的同时对残留的垂直分量进行抑制，然后结合管道滤波算法即可实现目标探测。野外实验结果表明，本文提出的两种偏振探测模式均可有效削弱不同场景下的海面太阳耀光辐射，有利于提升偏振系统对不同场景的适应能力。
探测器 偏振成像 太阳耀光 中红外偏振探测 目标探测 中国激光
2022, 49(19): 1910004
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 西安电子科技大学通信工程学院, 陕西 西安710126
3 西北工业大学自动化学院, 陕西 西安710072
水面太阳耀光导致光学图像存在耀斑和舰船目标细节信息丢失。提出了一种偏振滤光结合多项式拟合的水面太阳耀光抑制方法。该方法基于水面太阳反射耀光的偏振特性,在成像光路中利用偏振片对耀光进行偏振滤光,对偏振滤光图像中的耀光区域采用多项式拟合估计进行修复。搭建了室外水面耀光偏振成像实验装置,采集得到水面耀光的偏振滤光图像,分别采用基于最小二乘法的多项式列方向曲线、行方向曲线、曲面、逐行多项式曲线拟合的方法对偏振滤光图像进行处理。实验结果表明:偏振滤光和逐行多项式拟合相结合的方法能够有效去除太阳耀光,使得处理后的图像亮度更加自然,既不包含饱和像素,又凸显舰船目标的细节信息。
大气光学 太阳耀光 偏振滤光 最小二乘法 多项式拟合 舰船目标 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2401002
1 中国科学院上海技术物理研究所 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 国家卫星气象中心, 北京 100081
提出了基于海洋耀斑的在轨偏振定标方法,首先建立海洋粗糙面模型,分析洋面耀斑偏振辐射特性;其次,考虑到大气辐射传输特性,使用6SV辐射传输模型计算大气层顶(TOA)的耀斑偏振特性;然后,进一步修正气溶胶偏振的影响,提出TOA偏振度修正公式,采用t检验方法验证所提公式中新加二次项的显著性;最后,建立关于太阳天顶角的修正系数查找表,得到模拟偏振度。对POLDER 3解析偏振度进行验证,其相对误差低于2%。利用所提方法对多角度偏振成像仪(MAPI)进行偏振定标,偏振定标精度约为2%,可满足仪器偏振精度要求。根据不确定度分析可知,所提方法的偏振度总不确定度为1.43%。
遥感 偏振 定标 海洋耀斑 偏振度 光学学报
2020, 40(15): 1528002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
为了有效校正星载偏振相机成像时太阳耀斑区产生的拖尾，以高分五号卫星多角度偏振成像仪为例，结合多角度偏振成像仪在轨成像特点，理论分析了图像获取过程中拖尾产生的机理.建立了光斑区不含饱和像元情况下能够有效对漏光拖尾进行校正的矩阵法与暗行法校正模型，以及光斑区全像元饱和情况下结合矩阵法与暗行法估计光斑区饱和像元强度的遗留拖尾校正模型，该算法充分考虑了强光饱和条件下太阳耀斑区产生的漏光拖尾与遗留拖尾.利用实验室积分球光源成像光斑模拟在轨运行时遥感图像太阳耀斑开展拖尾校正方法可行性验证实验.实验结果表明，该方法不仅能有效去除图像中的拖尾噪声，提高图像质量，而且能够对光斑饱和像元强度进行有效估计.最后，分析多角度偏振成像仪在轨成像图中耀斑区拖尾对其辐亮度测量精度的影响，分析结果表明，拖尾校正前后，灰度方差由202.69×106下降至2.32×106，平均梯度由5.08×10-1下降至2.26×10-1.
偏振相机 太阳耀斑 漏光拖尾 遗留拖尾 饱和 测量精度 Polarization camera Sun glint Light leakage smear Legacy smear Saturation Measurement accuracy
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 国防科技大学, 安徽 合肥 230037
4 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
提出一种基于偏振辐射图融合的太阳耀光抑制方法。采用同时偏振成像技术对耀光水面进行偏振测量,获得0°、45°、90° 3个方向的偏振辐射图。在耀光受到最强抑制的偏振辐射图中选择残留强耀光区域,计算其Stokes参量,生成区域耀光抑制偏振辐射图。将所选偏振辐射图与区域耀光抑制偏振辐射图融合,进一步抑制耀光强度。室内实验结果表明,该方法可有效抑制耀光,消除图像的饱和像素,获得的融合图的亮度比强度图更加均匀,目标细节和轮廓信息更清晰,目标相对耀光背景的对比度显著提高。
遥感 偏振 太阳耀光 抑制 图像融合 同时偏振成像仪
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 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
海面的强镜面反射导致强烈太阳耀光, 造成海面目标探测中目标丢失.针对该问题, 利用渥拉斯顿棱镜的分光特性及海面杂波的偏振特性, 设计了一种中波红外实时偏振成像系统, 经分光在同一探测器上获得两幅偏振态相互正交的目标场景偏振子图像.并通过偏振子图像计算场景偏振度, 结合目标与背景的偏振特性差异, 为准确识别目标提供依据.结果表明, 该系统能够有效抑制太阳耀光, 并能够充分利用偏振度实现目标探测.
太阳耀光 中波红外 偏振成像 渥拉斯顿棱镜 sun glint mid-infrared polarization imaging Wollaston prism
