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摘要:用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平.设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪.基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果.实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求.
[硕士论文] 李金金
光学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:光与物质相互作用表现的偏振特性为光学偏振遥感技术的应用提供了科学依据。海洋环境目标及背景的反射和散射而产生的偏振辐射特性及其差异有利于海洋偏振观测。采用多角度偏振探测技术获取海洋目标的光谱偏振辐射特性参数,分析海水背景以及典型海洋目标的偏振特性变化趋势,为海洋目标偏振遥感提供理论依据和实验验证。
  首先,从偏振探测原理出发,根据分时偏振探测方式设计并制作了用于获取目标偏振光谱特性的野外便携式双向偏振反射分布函数(BidirectionalPolarized-reflectance Distribution Function,BPDF)测量系统。该系统包括BPDF测量支架与偏振光谱仪。BPDF测量支架的天顶弧和方位弧轨道半径均为0.9m,配合使用偏振光谱仪,可在半球空间内获取多种野外目标的多角度偏振辐射信息。
  其次,针对本研究使用的偏振光谱仪和偏振相机,进行了辐射和偏振定标检测,其偏振测量精度优于2%。
  随后,针对背景水体,采用大型BPDF测量支架搭载偏振相机,开展室外目标光学偏振辐射特性的测量实验。结合Fresnel反射定律分析了平静水面的反射的偏振特性,并在室外测量了平静水面的多角度偏振特性,实验结果表明,观测天顶角对水体偏振度的影响较大,偏振度随观测天顶角的增大明显增大,最大值可达到0.8左右;结合Cox-Munk粗糙海表面BPDF模型分析了动态背景水体的偏振辐射特性,并测量了动态水体的偏振辐射特性。动态水体在后向散射方向最大偏振度为0.23,前向散射方向最大偏振度达到1。
  最后,针对典型海洋目标,选取了船只和岛礁目标作为研究对象,重点测量了4种船只材料板、船只缩比模型、植被、土壤以及沙石混合地等目标,获取了目标大量偏振光谱信息和成像信息。就辐射特性而言,反射率最大值都出现在主平面内,船只材料板由于表面光滑,镜面反射明显,植被存在热点效应,土壤有着强后向散射特性,沙石混合地呈现一定的朗伯特性;就偏振特性而言,各种目标的偏振度的变化趋势基本一致,但有着各自的波段特性和方向特性。船只材料板偏振度波段特性不明显,随观测角度变化明显,植被、土壤和沙石混合地的偏振度则具有明显的波段特性,在490nm处的偏振度略高于550nm和670nm处的偏振度,最大值分别为0.25、0.07和0.15。因此在进行海洋目标观测时,需要根据不同的目标选择合适的观测波段与观测方向。
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