【摘要】：光與物質相互作用表現(xiàn)的偏振特性為光學偏振遙感技術的應用提供了科學依據。海洋環(huán)境目標及背景的反射和散射而產生的偏振輻射特性及其差異有利于海洋偏振觀測。采用多角度偏振探測技術獲取海洋目標的光譜偏振輻射特性參數(shù),分析海水背景以及典型海洋目標的偏振特性變化趨勢,為海洋目標偏振遙感提供理論依據和實驗驗證。首先,從偏振探測原理出發(fā),根據分時偏振探測方式設計并制作了用于獲取目標偏振光譜特性的野外便攜式雙向偏振反射分布函數(shù)(Bidirectional Polarized-reflectance Distribution Function,BPDF)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 BPDF測量支架與偏振光譜儀。BPDF測量支架的天頂弧和方位弧軌道半徑均為0.9m,配合使用偏振光譜儀,可在半球空間內獲取多種野外目標的多角度偏振輻射信息。其次,針對本研究使用的偏振光譜儀和偏振相機,進行了輻射和偏振定標檢測,其偏振測量精度優(yōu)于2%。隨后,針對背景水體,采用大型BPDF測量支架搭載偏振相機,開展室外目標光學偏振輻射特性的測量實驗。結合Fresnel反射定律分析了平靜水面的反射的偏振特性,并在室外測量了平靜水面的多角度偏振特性,實驗結果表明,觀測天頂角對水體偏振度的影響較大,偏振度隨觀測天頂角的增大明顯增大,最大值可達到0.8左右;結合Cox-Munk粗糙海表面BPDF模型分析了動態(tài)背景水體的偏振輻射特性,并測量了動態(tài)水體的偏振輻射特性。動態(tài)水體在后向散射方向最大偏振度為0.23,前向散射方向最大偏振度達到1。最后,針對典型海洋目標,選取了船只和島礁目標作為研究對象,重點測量了4種船只材料板、船只縮比模型、植被、土壤以及沙石混合地等目標,獲取了目標大量偏振光譜信息和成像信息。就輻射特性而言,反射率最大值都出現(xiàn)在主平面內,船只材料板由于表面光滑,鏡面反射明顯,植被存在熱點效應,土壤有著強后向散射特性,沙石混合地呈現(xiàn)一定的朗伯特性;就偏振特性而言,各種目標的偏振度的變化趨勢基本一致,但有著各自的波段特性和方向特性。船只材料板偏振度波段特性不明顯,隨觀測角度變化明顯,植被、土壤和沙石混合地的偏振度則具有明顯的波段特性,在490nm處的偏振度略高于550nm和670nm處的偏振度,最大值分別為0.25、0.07和0.15。因此在進行海洋目標觀測時,需要根據不同的目標選擇合適的觀測波段與觀測方向。
[Abstract]:The polarization characteristics of light-matter interaction provide a scientific basis for the application of optical polarization remote sensing technology. The polarization radiation characteristics and their differences caused by the reflection and scattering of targets and backgrounds in the marine environment are beneficial to the observation of marine polarization. Firstly, based on the principle of polarization detection, a portable bi-directional polarization reflectance distribution function is designed and fabricated in the field to obtain the polarization spectrum characteristics of the target. Bidirectional Polarized-reflectance Distribution Function (BPDF) measurement system, including BPDF measurement scaffolds and polarization spectrometer, BPDF measurement scaffolds zenith arc and azimuth arc orbital radius are 0.9m, together with the use of polarization spectrometer, can obtain a variety of field targets in hemisphere multi-angle polarization radiation information. Secondly, for polarization spectrometer and polarization camera used in this study, radiation and polarization calibration were carried out, and the polarization measurement accuracy was better than 2%. Then, for the background water, a large BPDF measuring scaffold was used to carry out polarization camera to measure the optical polarization radiation characteristics of outdoor targets. The polarization characteristics of the reflection of the still water surface are measured outdoors. The experimental results show that the zenith angle has a great influence on the degree of polarization of the water. The degree of polarization increases with the zenith angle, and the maximum value can reach about 0.8. The polarization radiation characteristics of the water body are measured. The maximum polarization degree of the dynamic water body is 0.23 in the backscattering direction and 1 in the forward scattering direction. In terms of radiation characteristics, the maximum reflectance appears in the main plane. Because of the smooth surface, the mirror reflection is obvious, the vegetation has the hot spot effect, the soil has the strong backscattering characteristic, and the sand-rock mixture land. As far as polarization characteristics are concerned, the polarization degrees of various targets have the same trend, but have their own band characteristics and directional characteristics. The degree of polarization at 490 nm is slightly higher than that at 550 nm and 670 nm, with the maximum values of 0.25, 0.07 and 0.15 respectively.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O436.3

【參考文獻】

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本文編號：2237068