地物反射光和天空光的同步全偏振成像探测技术研究

利用地物反射光进行偏振成像遥感探测时，不断变化的天空光会影响对地物的偏振探测精度与定量化水平，研究基于高精度偏振调制器件的偏振成像技术并对地物反射光和天空光进行同步探测，是目前对地偏振成像遥感亟待解决的关键技术问题。本项目提出一种基于双频液晶可变偏振器（LCTPF）的全偏振多谱段成像探测技术，通过LCTPF电压调制技术、LCTPF相位调制补偿技术、基于LCTPF的全偏振光谱探测技术、光学系统优化方法和系统集成技术等一系列关键技术的研究，研制在航空平台工作模式下的探测系统，完成地物反射光和天空光的同步全偏振成像探测，并建立基于光波传输的偏振态反演模型，实现基于天空光偏振参数的地物反射光偏振态的补偿校正，有效地提高对地偏振成像遥感的探测精度与定量化水平。

利用地物反射光进行偏振成像遥感探测时，不断变化的天空光会影响对地物的偏振探测精度与定量化水平，研究基于高精度偏振调制器件的偏振成像技术并对地物反射光和天空光进行同步探测，是目前对地偏振成像遥感亟待解决的关键技术问题。本课题完成了地物反射光和天空光的同步全偏振成像探测的原理设计，全偏振测量技术研究，基于液晶可变相位偏振器的全偏振成像探测系统设计，系统定标技术研究，地物反射光偏振态的补偿校正方法研究。.首先，研究了实现地物反射光和半球视场下天空光的同步全偏振成像探测原理，通过分析地物反射光和天空光的全偏振多谱段成像遥感的偏振态传输和数据获取过程，完成了偏振方向可控的全偏振多谱段成像探测系统的总体设计与探测模式设计。.其次，在基于斯托克斯矢量和穆勒矩阵的全偏振探测原理的基础上，研究了基于液晶可调谐偏振器的全偏振探测机理，突破该偏振器件的电压调制技术，完成其性能参数定标和驱动电路的设计。.再次，根据全偏振多谱段成像探测系统的特点和总的技术要求，分别对两个子系统——地物偏振探测系统和天空光偏振探测系统进行了设计。完成了光学成像系统的光学设计，研制系统各单元模块间的同步时序控制电路和多路串行通信接口电路；设计了针对性强、采集控制方便快速的专用图像采集系统。在此基础上，完成了地物反射光和天空光的同步全偏振成像探测系统的实验室原理样机研制，研究了全偏振探测系统的仪器矩阵定标的原理，突破了半球视场条件下的高精度全偏振定标技术，建立了偏振定标系统。.最后，在分析探测系统入瞳偏振辐射组成的基础上，确定了地物反射光偏振态的补偿校正方法，完成了不同天空光下的典型地物探测试验，试验结果验证了补偿校正方法的有效性。.地物反射光-天空光同步偏振探测系统，能够同时获得地物反射光和天空光的偏振特性。通过偏振探测能够获得地物目标的表面形貌特征等固有偏振特性参数，并且通过校正大气效应能够有效提高地物目标偏振探测的精度，同时，也能够为大气参数探测提供数据。该课题的研究为新一代的基于偏振特征的光学遥感器的发展奠定基础，对提高对地偏振成像遥感数据的定量化反演水平与应用范围有着重要意义。