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。

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。

为解决水面及水下目标侦察、探测、识别过程中存在的水面耀光干扰问题，利用偏振特征实现了水面耀光的抑制和目标的增强。分析了水面光波反射和折射过程中偏振特征传输规律，利用光波在垂直方向和平行方向上的光强分布关系，提出一种基于偏振反折射效应的水面耀光抑制方法。该方法利用水面反射偏振度、折射偏振度、垂直方向光强图像和平行方向光强图像，实现了水面耀光的分离和抑制。针对饱和耀光抑制过程中存在的垂直方向光强图像饱和失真问题，提出了一种基于完全偏振分解的饱和光强恢复方法，利用平行方向光强图像和任意一个非饱和起偏方向上获取的光强图像计算恢复出垂直方向光强图像，然后利用恢复后的垂直方向光强图像实现水面饱和耀光的抑制。实验结果表明，通过对水面耀光的抑制，有效提升了耀光区域内目标和背景之间的对比度及信噪比，增强了目标的显著性。

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。

太阳光通过海面的镜面反射形成耀光,但其较强的光强会造成常规探测成像饱和,严重影响对海面目标的探测。基于海面耀光的偏振特性以及数字域时间延时积分互补金属氧化物半导体(TDI-CMOS)的积分特性,设计并构建了一套海面目标自适应偏振探测系统。利用该系统通过偏振相机对海面目标进行实时成像偏振测量,引导数字域TDI-CMOS相机在时域与空域两个维度上对耀光进行抑制。搭建了水面观测实验平台,针对典型目标,开展了相关的验证实验。实验结果表明:使用所构建的探测系统能够有效抑制太阳耀光对图像的影响,并且获取的耀光抑制图像相比一般图像,信杂比提升显著,该系统有效改善了运动目标对图像造成的伪影现象,针对海面目标的探测效果得到有效改善。

水色遥感产品的三要素为：叶绿素、悬浮物质和黄色物质。水色水温扫描仪（简称水色仪）作为海洋一号卫星的主载荷之一，设置了8个可见近红外探测通道，主要目的是获取全球的海色三要素分布产品，为全球海洋初级生产力分布研究提供数据。2007年发射的HY-1B星水色仪，作为零辐射基准的冷空位置在入轨初期即存在光污染，导致近红外探测通道深海水域信号出现截止，并且纬度越低冷空信号越大。为了研究此问题的存在机理并对B星水色仪的历史数据进行修复，在实验室对问题产生源的特性进行了验证，并对其影响机理进行了分析。通过获取C星水色仪耀光能量与太阳天顶角的关系，计算B星水色仪在不同太阳天顶角的耀光能量。根据辐射定标系数可得到耀光能量对应的信号码值和码值修复量。结果表明，该修复值与由太阳天顶角计算得到的能量成线性关系，并可用于对B星水色仪其他目标信号进行修复。该算法可用于对B星水色仪近9年的遥感数据的修复，为后续与同类海洋遥感仪器的数据比对并反演水色产品奠定了理论基础。

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。

为了更好地抑制太阳耀光对海面目标探测的影响,基于偏振检测技术并结合背景水体、太阳耀光与典型海洋目标三者之间的偏振特性差异提出了一种海面太阳耀光抑制方法。分析了观测天顶角、太阳天顶角对太阳耀光背景下海面目标偏振度以及海面目标与太阳耀光背景对比度的影响,结果表明,在晴朗天气下对海面目标进行探测时,背景辐射主要受太阳辐射从海面直接反射产生的辐亮度影响。可见光波长550 nm与670 nm对太阳耀光的抑制效果无明显差异,均在53°观测天顶角附近、50°~60°太阳天顶角方向以及太阳天顶角和观测天顶角之和为106°左右时对太阳耀光的抑制效果较好。该研究对于提升海面目标与太阳耀光背景图像的对比度以及海面太阳耀光背景下的目标检测效果具有重要意义。

云是海洋遥感的一项重要研究内容, 云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义。以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪 (Directional polarimetric camera, DPC) 在轨成像数据为研究对象, 提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法。首先用耀光角判别法区分出海洋耀光区域和非耀光区域, 然后利用多角度偏振信息对耀光区域进行云检测, 并基于反射率阈值、可见近红外反射率比值和偏振信息检验等方法对非耀光像元进行云检测。以印度洋和大西洋海域为例, 基于DPC数据进行了海洋上空云检测, 经过时空匹配后, 其结果与 MODIS (Moderate-resolution imaging spectroradiometer) 云掩膜数据一致性分别为 91.39% 和 94.73%。此外, 用法国 POLDER3 (Polarization and directionality of the earth′s reflectances) 数据验证了文中算法的有效性, 将云检测结果和 POLDER3 官方云检测产品对比, 一致性达到 90.40%。文中提出的多角度偏振辐射阈值云检测算法, 可为卫星观测的海洋上空云特性研究和海洋水体观测提供有效云检测数据。