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偏振成像研究综述 西安工业大学光电工程学院 学生：刘彬彬 指导老师：高明 摘要：偏振成像技术是光学领域得一项新技术，国内外十分重视对该技术及其应用的研究。地球表面和大气中的目标在反射、散射、透射及发射电磁辐射的过程中，会产生由它们自身性质决定的特征偏振。由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性，又由于偏振特性与物体的表面状态和固有属性密切相关，加上不同种类的目标具有不同的偏振特性，使得偏振成像逐步发展成地基、航空和卫星观测的新技术手段。在全球气候变迁研究，对地遥感探测和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标，从偏振分析机制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振成像技术的研究进展，并结合国内外相关领域偏振成像实验研究结果，描述了偏振成像技术在大气、自然地物、人工目标、医学诊断以及天文学探测领域的应用基础研究情况，最后总结和展望了偏振成像技术的问题和发展趋势。 关键字：偏振成像技术；特征偏振：遥感探测。 1 引言 光波的信息量是非常丰富的。依据光波的电磁理论，光波包含的信息主要有：振幅（对应于光强），波长（频率），相位，偏振态。通常的光辐射成像是获取目标的光谱，辐射强度及空间状态等信息，用于反演目标性质参数。但是，从电磁波的横波性质来看，偏振或称极化也是电磁波的重要特征之一。偏振特性与物质性质密切相关，是遥感需要获取的主要信息参数。在光学波段，无论是可见还是红外谱段，不同目标都具有各自一定的偏振特性。偏振参数能够很好的表征被探测目标的性质特征。因此，人们将光学遥感与偏振测量技术相结合，促进了偏振成像技术的发展。 传统的遥感方法获取的信息主要是电磁强度特征和几何特征,而偏振特性取决于其表面的固有属性，如其介质特征，结构特征，粗糙度，水分含量等，还与观察角度和辐照条件有关，正是由于偏振测量同非偏振测量（通常为光强测量）相比能获得与物质自身特性相关的偏振信息，所以，通过解析目标的偏振信息可以更加容易的识别目标，同时由于偏振测量所具有的上述优点，它在云和大气气溶胶的探测、地质勘探、海洋开发、农牧业发展和军事等相关领域都具有重要的应用价值。同时，传统偏振成像一般采用被动工作方式，具有隐蔽性好的优点，但成像效果和距离均受到气象条件、目标温度对比度和天空背景照度等因素的限制。激光照明偏振成像技术克服了被动成像的缺点，在远距离暗目标探测和水下探测方面有着重要的应用。相对于被动成像而言，主动成像不依赖目标自身辐射(热成像)和目标对太阳或月亮等次光源的反射(可见光或近红外成像)，而是依靠仪器自身(激光雷达)发出激光作为照明光源，由被探测目标反射或散射光子来提取目标的信息。所以激光照明偏振成像技术不受气象条件、目标温度及背景照度的影响，在遥感尤其是军事目标识别方面有着广泛的应用前景。 偏振是各种矢量波的一种基本性质，是指用一矢量波来描述空间某一固定点所观测到的矢量波随时间变化的特征。在偏振遥感中，我们常用stokes矢量法表示光的偏振态。光学偏振遥感探测在获取目标光辐射参数的基础上，能够得到目标stokes参数I,Q,U,V，它们既可以作为独立的信息，又可以计算得到目标的偏振信息，比如偏振度、偏振角以及偏振率等。为偏振成像解译提供更多维的数据源。并且由于偏振态是偏振辐射分量经过计算后的比值，因此在保证测量时刻相对精度的情况下，可以得到较高的偏振解析精度。对于偏振定标而言，只需要保证定标测量时刻的相对稳定源。偏振定标精度能够达到较高的水平。另外，偏振信息及其变化具有角度敏感性，将有助于目标状态特征的反演。光学偏振成像的这些独特之处，使其成为光学遥感技术的有限补充，在大气探测，对地遥感和天文学观测领域得到重要应用。 在我们生活中的科学探测试验中，传统的光强成像技术已经不能够满足我们的需求，随着偏振成像技术在最近一二十年的快速发展。偏振成像技术已经从可见光偏振成像技术向短波红外，中波红外到长波红外偏振成像技术的方向不断发展。同时，为了克服现有发展的各种偏振成像技术存在的问题，人们慢慢的研究探索着各种改进方法。例如像同时偏振成像技术，多光谱偏振成像技术，超光谱偏振成像技术等。比如说同时偏振成像技术就是通过一次曝光来获取同一景物的多幅不同偏振方向的偏振图像，它从根本上解决了一般偏振成像技术探测精度不高的问题；还比如说由于光强成像技术的不足，它在探测隐蔽或伪装的目标，实现对小温差目标的探测和识别，水下目标的探测和识别，在烟雾环境条件下的导航等等方面的严重不足，偏振成像技术就能很好的探测。像红外偏振成像技术能很好的探测隐蔽或伪装的目标，热红外偏振成像技术能实现对小温差目标的探测和识别，用偏振图像去雾算法就能很好的解决烟雾环境条件下的各种成像问题…… 多年来，人们广泛开展了偏振探测系统技术，偏振机理及实验，偏振信息建模和解译等工作，应用