三分束同时成像偏振相机预处理方法研究

摘要

偏振成像探测技术作为一种新型的成像探测技术，结合了成像探测技术与偏振技术，具有抑制杂乱背景、提取目标有用信息等优势，在云和大气气溶胶检测、大雾天气条件或环境下的目标识别等诸多方面都具有重要的应用价值。同时偏振成像探测技术能在同一时间获取目标不同偏振方向的图像，可以应用于实时监测运动目标的偏振特性等方面。棱镜分光型偏振成像探测技术是一种近年新发展起来的同时偏振成像探测技术，与其他类型的成像系统相比具有结构简单、系统稳定、信息处理方便等优势。本文围绕棱镜分光型偏振成像仪——三分束同时成像偏振相机的预处理工作展开了研究，主要做了以下几方面工作。
　　(1)国内外研究现状的调研及偏振理论知识的梳理。主要调研了同时成像偏振探测技术及偏振探测仪的定标、预处理工作的国内外研究现状。梳理了偏振光的基本理论以及同时成像偏振探测系统的探测原理，介绍目前主要的几种同时偏振成像方式。
　　(2)分析相机的预处理需求。主要从辐射与几何一致性角度考虑，结合三分束同时成像相机的结构与成像方式，对相机偏振方向间响应不一致、CCD响应不均匀、偏振片透光轴方向的角度误差、偏振通道间的瞬时视场差异等方面的预处理需求进行了分析。
　　(3)针对需求，介绍并选择合适方法对相机进行了预处理，并作了一定改进。预处理的成果主要有:CCD响应的不均匀性由预处理前的3.5％降低到0.5％以下;45°偏振方向与90°偏振方向相对0°偏振方向的差异率分别由预处理前的16.4％和18.3％降低到了0.0％和0.2％;检测出三个偏振片相对透光轴方向分别为0°、43.26°和88.32°;预处理前通道间的视场差异由2个像元左右校正到0.5个像元，合理设置参数时可以达到0.2个像元。
　　(4)偏振相机采集与处理系统的软件设计与编写。从相机的实际图像采集的需求与预处理的需求出发，根据本文给出的适合该相机的预处理方法，基于MicrosoftVisualStdio2015平台，用C++、C＃语言，设计并编写了一款集图像采集与预处理功能于一身的相机软件。
　　(5)预处理工作及软件的应用。利用该软件的预处理部分对相机采集的天空背景、陆地背景、沙滩背景的不同目标进行了预处理与融合增强处理，作为预处理效果展示与软件应用方面的一个实例。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 成像偏振探测技术的研究现状

1．2．1 成像偏振探测仪器的研究现状

1．2．2 偏振探测系统定标及预处理方法的研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第2章 偏振光理论及成像偏振探测

2．1 偏振基础理论

2．2 偏振光的描述

2．2．1 Jones矢量法

2．2．2 Stokes向量法

2．2．3 Poincare图示法

2．3 偏振探测

2．3．1 穆勒(Muller)矩阵

2．3．2 偏振探测的原理

2．3．3 成像偏振探测

2．4 本章小结

第3章 三分束同时成像偏振相机预处理需求分析

3．1 相机结构

3．2 相机参数

3．3 相机预处理需求分析

3．3．1 三个偏振方向响应不一致

3．3．2 CCD响应不均匀

3．3．3 偏振片透光轴方向角度误差

3．3．4 通道间像元瞬时视场的差异

3．4 本章小结

第4章 三分束同时成像偏振相机预处理方法及处理结果

4．1 相机预处理方法

4．1．1 CCD响应不均匀的校正方法

4．1．2 探测器间响应不一致的处理方法

4．1．3 偏振片角度检偏方法

4．1．4 瞬时视场差异校正方法

4．2 相机预处理方法选择、实验安排及预处理结果

4．2．1 响应线性度检测

4．2．2 响应稳定度检测

4．2．3 均匀性检测与校正

4．2．4 相机三个探测器间响应不一致校正

4．2．5 偏振片角度误差检测

4．2．6 瞬时视场配准

4．3 误差分析

4．4 本章小结

第5章 三分束同时成像偏振相机图像采集与数据预处理软件设计

5．1 需求分析

5．1．1 偏振图像同步采集单元

5．1．2 偏振图像预处理单元

5．2 软件主体框架设计

5．3 偏振图像同步采集单元软件界面及流程

5．4 偏振图像预处理单元软件界面及流程

5．5 本章小结

第6章 相机图像采集与预处理软件的应用

6．1 图像采集

6．2 参数计算

6．3 图像预处理

6．4 其他背景图像预处理

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果