微偏振片阵列型长波红外成像系统标校方法研究

发布时间：2020-05-10 08:24

【摘要】：红外偏振成像探测作为常规红外成像探测的有效补充,可在凸显伪装遮蔽目标等方面发挥优势。近年来微偏振片阵列型长波红外成像系统逐渐成为研究热点,但受微偏振片阵列制造误差、焦平面响应误差影响,未标校前的系统精度较低,随着国产系统的问世,该类型系统标校方法的研究具有一定的现实意义。本文针对提升系统偏振信息获取精度、改善成像质量的问题,设计了一种偏振方向、消光比等参量分步计算的偏振定标模型,并且设计了盲元、非均匀响应校正相结合的成像校正方法,最后完成了定量实验与真实场景实验,结果表明该偏振定标与成像校正方法,有利于提升系统精度。本文主要研究内容如下:(1)综合分析了微偏振片阵列型长波红外成像系统的成像过程,数学解析偏振信息计算原理,对微偏振片阵列制造、焦平面响应的误差进行了分析,并介绍了现有标校方法的不足,设计了偏振定标与成像校正相结合的系统标校流程;(2)设计了基于多偏振参量分步计算的偏振定标模型,通过确定像元级响应值与入射光功率的关系,引入广义光学透过率概念,设计相关实验,分步计算偏振方向、消光比等参量,不依赖于大规模方程组,得到各位置Muller矩阵,使用一般情况下的计算方法,实现Stokes矢量快速计算;(3)设计了盲元及非均匀响应校正结合的成像校正方法。盲元校正方面,在Stokes矢量内双方向导数运算检测盲元,引入最近邻域、参考超级像元概念,分类讨论了随机盲元与点目标的识别方法,并根据邻域内的偏振参量分布,实现高精度校正;非均匀响应校正方面,使用振幅、偏置等参量,实现各位置响应值向最佳响应值的逼近,并拟合振幅、偏置与入射光功率关系,构建了自适应校正流程;(4)在定量环境与真实场景下,进行了偏振定标模型、成像校正方法的验证实验,以定标校正前后三维图的形式反映模型方法运算效力,并以均方误差为指标,量化偏振定标精度,结果表明该标校方法体系,对提升微偏振片阵列型长波红外成像系统实用性有积极意义。
【图文】：

红外成像,成像,常规,旋转偏振

图 1.1 常规红外成像与红外偏振成像对比Fig 1.1 Comparison of infrared imaging and infrared polarization imaging其中，分时型设备通过旋转偏振片等方式，进行有间断地偏振图像采集，偏振片可放置在镜头前端，亦可放置于镜头与焦平面探测器间，由步进电机或人为旋转偏振片，随着偏振片的旋转，同步进行探测器的积分，完成焦平面响应值获取，配合波片可实现圆分量获取，工作过程如图 1.2。该类型设备构造简单，偏振成像精度较高，偏振定标流程复杂度低，无需考虑多个焦平面探测器的成像差异、光路差异，但不能用于动态场景。针对分时型设备的优势，昆明物理研究所、安光所、长光所等单位展开了研究，并获得了一定成果[14-16]。

成像系统,旋转偏振,焦平面探测器,偏振片

图 1.1 常规红外成像与红外偏振成像对比Fig 1.1 Comparison of infrared imaging and infrared polarization imaging其中，，分时型设备通过旋转偏振片等方式，进行有间断地偏振图像采集，偏振片可放置在镜头前端，亦可放置于镜头与焦平面探测器间，由步进电机或人为旋转偏振片，随着偏振片的旋转，同步进行探测器的积分，完成焦平面响应值获取，配合波片可实现圆分量获取，工作过程如图 1.2。该类型设备构造简单，偏振成像精度较高，偏振定标流程复杂度低，无需考虑多个焦平面探测器的成像差异、光路差异，但不能用于动态场景。针对分时型设备的优势，昆明物理研究所、安光所、长光所等单位展开了研究，并获得了一定成果[14-16]。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN215

【参考文献】