全Stokes偏振成像研究
毕业论文关键词 偏振成像 偏振度 信息调制 斯托克斯参数
Title Research on full Stokes imaging polarimetryAbstractIn recent years, foreign researchers pay much attention to the polarizationimaging technology (especially imaging technology in full polarization).The technique of polarization imaging expands the range of informationboundary from three dimensions (intensity, spectrum and space) to sevendimensions (intensity, spectral, spatial, degree of polarization, angleof polarization and the ellipticity of polarization). As a carrier ofpolarization information modulation, polarization imaging technology canget the detailed polarization data information of observation pointsdirectly. It has been widely used in astronomy, medical imaging and remotesensing. This thesis analyses the theory of polarization imagingtechnology, including the derivation and calculation of Stokes parameters.Besides, polarization imaging root theory and the existing systemstructure are introduced, including the number and the features of measuredparameters. The most simple and optimized feasible method are applied tothe experiment. Finally, the consideration of some probable errors isanalyzed theoretically.
Keywords: polarization imaging degree of polarization informationmodulation Stokes parameter
目次
1绪论..1
1.1偏振成像的背景及发展1
1.2偏振成像的应用2
1.3本论文完成的主要任务4
2偏振光成像理论5
2.1偏振理论5
2.2琼斯矢量方法.6
2.3布卡尔球作图法8
3Stokes偏振成像理论.9
3.1Stokes矢量方法9
3.2偏振特性.10
3.3Stokes基本方程.11
3.4矩阵分析.12
4探测系统结构..20
4.1探测种类.20
4.2系统结构.23
4.3方案选择.24
5实验25
5.1装调25
5.2验证性实验27
5.3分析性实验30
结论..32
致谢..33
参考文献.34
1 绪论1.1 偏振成像的背景及发展偏振成像技术是偏振探测技术与成像技术的有机结合，能够同时探测目标空间二维图像信息和目标各点的偏振态信息。偏振成像技术把信息量从三维（光强、光谱以及空间）扩充到七维（光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振椭率） 。成像光谱偏振探测提供了通常探测手段无法获得的有关目标反射或辐射光的偏振信息，所获得的光谱偏振图像提供了比强度图像和光谱图像更加丰富的关于场景的信息。偏振作为信息调制的载体，能直观得得到观测点的详细偏振数据信息，在许多领域具有重要的应用价值，例如天文观测、军事侦察、目标识别等领域。偏振探测可以追溯到1852 年，英国物理学家斯托克斯发明了描述光的偏振态的表达式。到了 1892年，邦加提出了一种偏振态图示法，称为邦加球。在 1922 年，美国分别发射成功装备有光度偏振计的旅行者 1 号和旅行者 2 号。到 70 年代后期，由于电子技术和材料科学的进步，成像偏振的技术开始成熟。源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ 1977年，R.M.ARzzam 出版了《Ellipsometryand polarized light》(《偏振测量数和偏振光》)；在 80 年代中期，美国多次在航天飞机平台上对地进行偏振观测实验，证实了偏振信息在大气气溶胶探测植被与土壤分类及海水表面状态研究方面所具有的优越性；美国海军研究室 Pries 和美国空军研究室的 Goldstcin 等人在实验室对各种性质的材料的光谱偏振特性进行了研究，表明不同的材料各自具有独特的光谱偏振特性。1980 年，Collet 首次引入四通道的测量方法[1]。 1985年， R.M.Arzzam引入了分振幅法实时测量偏振态Division-of-AmplitudePhotopolarimeter[2，3]。80 年代后期，法国开始研制星载多角度多极化传感器，它己于 1996 年由日本ADEOS 卫星携带进入空间轨道运行。该仪器的主要用途是探测云和大气气溶胶以及陆地表面和海洋状况。 此后， 光谱偏振探测技术得到了更广泛的关注和更快速的发展。从 1999年开始，美国在发射的地球观测系统(EOS)航天器上，安装了地球观测扫描偏振计(EOSP)， 它可在从 410-2250nm 光谱波段内的 12 个光谱波段里同时量测辐射率和线性偏振度。英国防卫科学技术试验室在本世纪初也开展了 MIDER 工程。日本国家航空实验室 1999 年设计制作了采用加电机旋转的方式采集图像的成像光谱偏振仪，采集可见光波段的光谱偏振图像，2003 年将其扩展到了红外波段。美国陆军 2002 年设计的成像偏振仪主要是由 AOTF 和 LCVR 组合而成，覆盖了 0.4 一 11.sum 的光谱范围。美国陆军工程研究发展中心已经成功研制出计算机层析成像光谱偏振仪阴，波长范围 440-740nm，带宽为 20nm。法国泰勒斯技术研究所结合 LCTF 和 LCVR 开发了主动式成像光谱偏振探测系统，从消偏这一方面研究了材料的偏振特性。偏振成像除了传感器部分，在其他测量领域也有很高的表现力。1990 年，美国发射了安装有EOSP 观测扫描偏振计的 EOS 地球观测系统航天器。