偏振是光的一个极其重要的特性 ,任意被探测的目标的反射光都会表现出由他们的自身特性和光学基本定律所决定的偏振特性,光波的波长和强度能够被人类视觉系统以色彩和亮度的形式所感知 ,然而对光的偏振人眼在没有仪器的帮助下是无法识别的 [3]。偏振目标检测的主要问题之一是鲁棒性无信息空间波动,如强度波动的影响。事实上,在某些情况下,光的强度是有用的,用于鉴别的关心区域,但在其他情况下,它同时也可能产生了假警报。在这种情况下,只能在纯粹的偏振基地检测属性。为了应对这种需求,不同的偏振都被设计成像策略。特别是,一些已经提出了分解,提取纯粹的偏振测量属性。但是,抑制强度的影响最简单的方法是正交状态对比(OSC)成像。这种技术在场景照明与给定的偏振状态,并在获得后两个强度图像分析的光的平行和正交的照明状态。OSC图像是由这两幅图像的像素比的差异和总和形成的。OSC被称为成像作为一个有效的方式来估计的程度的偏振(DOP)的后向散射的光,在一定条件下,已被应用在一些方面上。偏振信息与图像灰度信息是不同的,但它也是表征另一种信息。通过对光的偏振信息的研究,同时发展偏振成像技术 ,有助于建立新型视觉系统 ,提供更多的对物体的观测手段 ,提升我们对目标物体的探测识别能力。偏振成像技术主要是采用的CCD对光偏振态的收集,按照对目标偏振不同,技术方案也不同。按照获取不同的偏振量,可以分为获取两个、三个和四个或者凝视的偏振成像技术,分别详细介绍了每一种技术方案,展示了偏振成像技术的未来发展趋势[4]。
1.2 研究原理
当今的偏振成像系统主要有三个技术环节:其一是对景物光波的不同偏振态的获取,从获取的光强图片中提取出目标光波的偏振信息量,比如:偏振度、偏振角等,其二,对于我们获得的目标光强图片,为了获取人眼能够识别的可视化信息,我们需要做必要的图像处理,如拉伸、边缘提取、伪彩色增强和图像融合,其三,最终我们需要对检测目标的特征进行提取。在一段时间内,偏振成像技术的发展很大程度上以来使用的不同类型的探测器,对目标物体的不同的偏振分解方式和使用的多种扫描方式,由于使用的探测器和光波的偏振分解、扫描方式不同,完成的偏振成像技术版本也各具特色[5]。对于描述光波偏振态的方式,我们通常使用琼斯矢量法和斯托克斯矢量法。在目标探测中, 通常采用斯托克斯矢量表示法。其描述如下:
(1)式中: 与获取目标的光强有关; 和 与两个方向的线偏振光有关, 与左右旋的圆偏振光有关,在我们本次讨论中假设 =0。偏振度( DOLP) 我们简单地描述为 p, 当 0<p<1 时, 入射光代表部分偏振光。 ( ),偏振方位角( AOLP) 通常被描述为: ( ),按照获取偏振量的不同,我们可以大致分为以下几种偏振成像技术。接下来我们详细分析这几种技术方案。
1.3 研究方案
1.3.1获取两个偏振量
图1为光学系统原理图。这种成像方式是最简单使用的方案之一,这种光学系统的结构体系分为三个部分,第一部分就是无焦透镜主要是用于压缩光束,第二部分为偏振分束镜,它的作用在于分出两束相交偏振光,第三部分是两个聚焦透镜,主要是汇聚光束用的,由于我们采购的偏振分束镜的口径相对较小,因此需要使用无焦透镜来压缩入射光束,为了获取两个相交的偏振分量我们采用了偏振分束镜,我们常见的有:水平偏振分量和垂直偏振分量。