2 海面典型目标偏振特性研究

随着偏振遥感技术的发展，对于物体偏振特性的研究受到越来越多的关注,物体偏振特 性的研究对于目标识别与监测等有着重要意义。所以，对海洋环境的监测离不开对海面典型 目标偏振特性的研究。

2。1 水的偏振特性研究

由于海水及海面目标污染物具有与自身性质密切相关的偏振特征，因此监测海面目标污 染物需先对海水的偏振特性进行研究，分析比较出海水与目标污染物偏振特性的差异，从而 更好地识别目标污染物，监测海水是否被污染。

2。1。1 测量仪器与方法

水体在受到自然光照射后进行反射，而反射光在一般情况下是部分偏振光。自然光照射 水体产生的折射光也是部分偏振光。此外水体表面热辐射具有偏振性。所以水体的偏振信息 包括热辐射偏振信息、反射偏振信息及折射偏振信息等。以下只选三种测量方法加以介绍。 对于水体热辐射偏振的测量，可采用 BPDF 测量平台[10]、热红外辐射计、3 支温度计（气 象温度计和一、二等标准水银温度计各一支）还有热红外偏振片[10]等仪器进行测量。热辐射 多角度偏振探测仪由热红外辐射计结合热红外偏振片，再与 BPDF 测量平台组装改造而成。 转动热红外偏振片可改变偏振角，测量出不同偏振角条件下水的偏振信息。利用 BPDF 测量 平台的探测角和方位角测量系统分别改变探测角和方位角，得到不同探测角和方位角条件下 的水的偏振信息。利用热红外辐射计可测量 4 个波段的热红外辐射，所以可得到不同探测波 段条件下水的偏振信息。测量不同方位角、温度、探测波段、探测角及物理状态下的水体热

辐射偏振辐射亮度和偏振亮度温度从而分析其热辐射偏振特性。 对于水体的反射偏振特性，有多种方式可以表示。以下主要介绍水体的偏振反射比和偏

振度的测量。

对于水体偏振反射比的测量，可采用偏振光谱测量仪。该仪器由光源系统、二向反射光 度计系统和自动控制系统三部分组成[1]。方位角范围取决于光度计，为 0°~350°。探测波段有 两个，分别为 630~690 nm 和 760~1100 nm。光源的入射方位间隔为 10°，范围为 0°~60°。在 0°~60°之间，在探测架上每隔 10°设有 1 个探测头。此外，该测量仪中的偏振镜头,可以通过 手动旋转得到任意偏振角度。在载物台上放置好待测物质,并固定好其水平位置和高度,通过改 变偏振角、入射角以及探测波段等，测量不同条件下的样本数据。同时测量与样本相同条件 下的白板数据，分别计算不同条件下二者的比值，可得到样本多角度多方位的偏振反射比。

对于水体偏振度的测量可采用二向反射光度计和 USB2000 系列高光谱仪[12]进行测量。测 量过程与上述测量偏振反射比过程类似。只需要测量不同探测角和方位角下偏振角为 90°(S 分量)和 0°(P 分量)的反射能量就可以用以下公式求出偏振度[12]：

其中 Il：线偏振光强，Io：反射光总光强，Ip、Is:偏振角分别为 0°、90°时的反射能量，B：

偏振度。

2。1。2 水的偏振特性

一系列实验结果表明，水体偏振特性与方位角、偏振角、入射角、探测角、温度、波段、 密度及物理状态等都有密不可分的关系。

水体偏振特性与方位角的关系：不管是反射偏振还是热辐射偏振，水体的偏振特性与方 位角的关系曲线都接近于抛物线。其峰值也都处于 180°方位角附近。如图 2。1 所示，在不同 入射角和探测角等条件下，水体的偏振反射比始终在 180°方位角左右两侧 20°到 30°的范围内 呈现出先上升后下降的变化趋势，而且左右两侧曲线近似对称。而在 180°方位角左右两侧 20° 到 30°的范围之外的方位角区间内，偏振反射比曲线无明显变化而且均趋近于 0。如图 2。2 所 示，对于水体的热辐射偏振，辐射亮度温度与方位角的关系曲线在 120°~240°区间内变化幅度 大，波动明显。而在 0°~120°和 240°~360°范围内，曲线有波动但无明显规律性，而且波动的 变化幅度较小。