一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統定標方法
2023-05-02 16:57:51 1
一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統定標方法
【專利摘要】本發明公開一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統偏振定標方法。首先對紅外偏振探測系統在不同偏振檢測通道下進行輻射定標，得到系統在不同偏振檢測通道下的輻射定標係數。在輻射定標的基礎上，完成對紅外偏振探測系統儀器米勒矩陣的標定。通過對系統的偏振定標，可以實現對為目標紅外偏振探測由定性層面提升到定量的層面，並提高了偏振探測精度，為後續偏振探測定量化研究打下基礎。
【專利說明】 一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統定標方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及基於旋轉偏振片的紅外分時偏振探測系統的定標方法，提升紅外偏振探測技術的探測精度，為後續偏振探測定量化研究打下基礎。
【背景技術】
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[0002]偏振探測作為強度探測的有益補充，偏振探測把可用信息從光強、光譜和空間擴展到光強、光譜、空間、偏振度、偏振方位角、偏振橢率和旋轉方向，從而可以獲取更多的介質物理和光學參數，這對提高目標探測能力具有重要意義。隨著光學偏振遙感技術的發展，紅外偏振探測逐步得到應用，為了保證目標紅外偏振輻射特性的測量精度，開展目標表面紅外偏振特性定量化研究，更好的應用偏振探測技術，需要對偏振探測系統進行偏振標定。
[0003]本專利提出一種精密的定標方案，經過實驗我們發現不同的偏振檢測通道具有不同的偏振敏感性，我們提出了一種在系統多偏振檢測通道下進行輻射定標，解決系統存在的偏振敏感性問題，建立每一偏振檢測通道下偏振探測系統測量結果與標準偏振輻射源之間的定量關係。在此基礎上，我們對探測系統儀器米勒矩陣進行了標定，從而能夠進一步修正偏振探測數據的準確性，從而提升偏振探測的精度。
【發明內容】
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[0004]本發明提供了一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統的標定方法，旨在解決如何提高紅外偏振探測系統探測精度，從而開展目標紅外偏振探測的定量化研究。
[0005]本發明的基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統的標定方法的技術方案如下:
[0006]所述實驗方法包含有兩部分，探測系統四偏振探測通道輻射定標和儀器米勒矩陣的標定。
[0007]其主要組成部分有，黑體、平行光管、起偏器、偏振探測系統，各組成部分功能說明如下:
[0008]黑體，紅外輻射源；
[0009]平行光管，產生平行光；
[0010]起偏器，產生不同偏振角度的完全線偏振光；
[0011]偏振探測系統，為一分時紅外偏振探測系統，探測波段為3?5um，圖像像元數為256 X 256，完成紅外偏振數據的採集。
[0012]所述實驗方法包含以下步驟:
[0013](I)四偏振探測通道輻射定標
[0014]分別在紅外偏振探測系統的四個偏振探測通道(0°、45°、90° 135° )完成對探測器的輻射定標，得到四組定標係數；
[0015]具體實施步驟如下:
[0016](1.1)將黑體輻射源放置於偏振探測系統前端，保證輻射充滿整個視場；
[0017](1.2)設置黑體在不同溫度下，進行數據採集。通過計算機發送指令旋轉檢偏器偏振檢測方向為0°，依次設置黑體溫度25°C到90°C，溫度間隔為5°C進行偏振輻射量數據的米集。
[0018](1.3)不同偏振檢測方向數據的採集。通過計算機發送指令旋轉偏振片偏振檢測方向依次為45°、90。、135。，重複步驟(1.2)；
[0019](1.4)數據處理，採用最小二乘法進行線性擬合，得出在不同偏振檢測通道下輻亮度與探測響應值的擬合曲線，從而求出每個通道下的輻射定標係數。
[0020]輻亮度與探測器響應值近似具有一下線性關係，不同偏振探測通道下，可近似表示為:
[0021]偏振檢測角度為0°時，Lm = Bc^btlDN0
[0022]偏振檢測角度為45° 時，Lb45 = a45+b45DN45
[0023]偏振檢測角度為90° 時，Lb9。= a9Jb9tlDN9tl
[0024]偏振檢測角度為135 時，Lbl35 = a135+b135DN135
[0025]其中LbQ、Lb45, Lb90, Lbl35為輻亮度，DN0, DN45, DN90, DN135為探測器響應值，這樣我們求出四組數據(a。、b。), (a45、b45), (a9。、b90), (a135, b135)。
[0026](2)探測系統儀器米勒矩陣的標定
[0027]通過起偏器，產生四組已知偏振狀態的光源，計算出偏振探測系統的儀器米勒矩陣；
[0028](2.1)放置好實驗裝置，黑體、平行光管、起偏器以及紅外偏振探測系統；
[0029](2.2)旋轉起偏器，使的起偏角度為0°，產生偏振角度為0°的完全線偏振光，利用紅外偏振探測系統完成對數據的採集；
[0030](2.3)旋轉起偏器，使的偏振片偏振角度依次為45°、90°、135°時，重複步驟(2.2)。
[0031](2.4)根據四組實驗數據，計算出儀器米勒矩陣。
[0032]黑體輻射源通過起偏器產生已知偏振態光作為輸入:
Q
[0033]Sinput = ^
[0034]測量儀器響應作為輸出:
(ΙΛ
Q
[0035]Soutput = υ
[0036]則由關係式:SQUtput= Minstr.Sinput
[0037]求出儀器米勒矩陣為:
f I Q^I U^I V — 1、
I^Q Q->0 U^Q V-> Q
[0038]Mimtr =
減I^U Q^U U^U V^U
K1 -> V Q^V U^V V^Vj
[0039]我們的偏振探測系統為線偏振探測系統，無法獲取圓偏振分量，因此只需選取三組數據，求出系統米勒矩陣為3X3。
[0040](3)將步驟(I)和(2)計算出的四組輻射定標係數與儀器米勒矩陣並代入偏振度計算公式，求出目標定標後偏振度。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0041]圖1為本發明實施例的儀器米勒矩陣標定結構框圖。
[0042]圖2為本發明實施例的四通道輻射定標結構框圖。
【具體實施方式】
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[0043]下面結合圖1-圖2對本發明的【具體實施方式】進行進一步的詳細說明，本發明主要分兩部分進行實施，系統四偏振探測通道輻射定標和儀器米勒矩陣的標定。黑體是一面源黑體，數控調節溫度，能夠充滿整個探測器視場；起偏器採用Thorlabs公司的ZnSe金屬線柵偏振片；偏振探測系統為一分時紅外偏振探測系統。
[0044]首先，對系統四偏振探測通道輻射定標進行說明，圖2是四通道輻射定標結構框圖。
[0045]本發明標定的是一分時探測的紅外偏振系統，對目標進行偏振探測時需要四次探測。由於不同偏振探測通道的偏振敏感性，本發明對四探測通道0°、45°、90° 135°分別進行了輻射定標，得到四組定標係數。
[0046]具體實施步驟為:
[0047](1.1)將黑體輻射源放置於偏振探測系統前端，保證輻射充滿整個視場；
[0048](1.2)設置黑體在不同溫度下，進行數據採集。通過計算機發送指令旋轉檢偏器偏振檢測方向為0°，依次設置黑體溫度25°C到90°C，溫度間隔為5°C進行偏振輻射量數據的米集。
[0049](1.3)不同偏振檢測方向數據的採集。通過計算機發送指令旋轉偏振片偏振檢測方向依次為45°、90°、135°，重複步驟(1.2);表I為在不同偏振檢測通道下，輻射定標數據列表。
[0050](1.4)數據處理，採用最小二乘法進行線性擬合，得出在不同偏振檢測通道下輻亮度與探測響應值的擬合曲線，從而求出每個通道下的輻射定標係數。
[0051]運用表一中數據，採用最小線性二乘法進行線性擬合，我們求出的四組數據為:
[0052]a0 = -142.2879 b0 = 0.0161，a45 = -141.5976 b45 = 0.0160 ；
[0053]a90 = -140.9762 b90 = 0.0159，a135 = -140.1059 b135 = 0.0158。
[0054]表I輻射定標數據列表
[0055]
【權利要求】
1.一種基於旋轉偏振片的分時紅外偏振探測系統定標方法，其特徵在於包括如下步驟: (1)四偏振檢測通道的輻射定標 分別在紅外偏振探測系統的0°、45°、90° 135°四個偏振探測通道完成對探測器的輻射定標，從而得到四組輻射定標係數； (2)探測系統儀器米勒矩陣的標定 黑體輻射源輻射經平行光管通過起偏器，產生四組已知偏振狀態的光源，計算出偏振探測系統儀器米勒矩陣； (3)將步驟(I)和(2)計算出的四組輻射定標係數與儀器米勒矩陣代入偏振度計算公式，即可求出目標定標後的偏振度。
【文檔編號】G01J4/00GK104180904SQ201410403441
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】牛繼勇, 李範鳴, 蹇毅, 朱承希 申請人:中國科學院上海技術物理研究所