长波红外偏振成像及实验研究

doi:D222290CDCEFCEBE9A75C8EEE24FBBA0

	长波红外偏振成像及实验研究
	张哲
学位类型	硕士
导师	刘欣悦
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	长波红外偏振成像分时偏振成像系统分焦面偏振成像系统实时偏振探测偏振度图像
摘要	在现代社会中,伴随着成像探测技术的进步,还有人们需求的不断提高,探测的波段范围已从可见光波段扩展到红外波段。红外成像设备可以检测到目标温度等辐射量,在暗夜观察或者需要目标的热成像时,红外成像设备显得尤为重要,这在可见光波段是无法实现的。但是,当目标被遮蔽物隐蔽或者待测目标与背景温差较小时,对以温度为探测对象的红外热成像而言,此时已不能满足需求。所以,人们将光波中含有的偏振特性,与红外热成像技术相结合,发展成具有更高识别能力的红外偏振成像技术。该项技术的发展,使得获取的信息不仅包括光强度,更有代表目标特征的偏振信息,二者的结合让探测维度得以扩展,即使在成像背景复杂,或者目标对比度小时,红外偏振成像设备仍可去识别被测对象。不同物体具有不同的偏振性质,即使同等被测目标在不同状态下,其偏振现象也会表现差异。目前大多数的被测对象都不是静态的,因此仅仅针对静态目标成像已不能满足需求,关于如何进行实时偏振探测的研究是非常必要的。长波红外波段属于地物(包括人造物)的发射波段,因此长波红外偏振成像具有重要的研究意义。本文主要从红外偏振特性出发,在红外长波范围内,针对分时和分焦面两种偏振探测方式,对长波红外实时偏振成像技术进行了研究,并开展了相关研究的实验。首先针对分时成像结构,通过采用高速高精度转轮带动偏振片的方式,实现了传统分时系统无法完成的动态目标偏振探测,系统以25帧/秒的偏振度视频帧频,在焦距25mm、像元尺寸17μm的条件下,实现最大目标角速度为0.0084rad/s的动态目标偏振探测;然后对长波红外分焦面实时偏振成像原理、插值算法以及图像融合等进行了实验研究,完成了误差补偿算法的实验,并展开偏振特性实验。分焦面成像作为一种新型的实时偏振探测方式,有着广阔的应用前景,我们的研究工作为该方式的后续应用提供理论基础和实践经验。具体的论文工作安排如下:1、对红外偏振现象的理论进行了阐述,并对不同影响因素下的偏振特性进行了模拟仿真,并详细推导了红外偏振产生机理。然后对偏振光的表现形式、偏振器件的成像原理、偏振探测的几种不同的方式进行了介绍,为后面的偏振成像实验的研究提供基本的理论依据。2、首先利用传统分时系统对静态目标开展长波红外偏振特性实验,结果表明偏振度图像可以更好的识别出被测对象的细节部分。然后从系统组成以及工作原理等方面,对本文的分时长波红外高帧频偏振成像系统进行了介绍。传统的分时成像系统只适合于静态目标的探测,本文在传统分时偏振成像方式的基础上,创新性的改进了分时系统的不足,实现了25帧/秒的准实时偏振成像,在焦距25mm、像元尺寸17μm的条件下,可探测的最大目标角速度为0.0084rad/s。我们利用高速高精度旋转轮带动偏振片的方法,搭建了分时高帧频成像装置,其中转轮最大转速可达120°/5ms,60°/4ms,通过不断完善偏振解算方法,实现了视频帧频的逐步提升,完成长波红外运动目标的准实时偏振探测。3、然后对分焦面型偏振成像技术进行了具体的理论阐述和相关实验结果分析。从分焦面的成像原理、微偏振片的设计原理、该结构特点存在的误差等进行了介绍和分析。首先分析了分焦面的微偏振阵列结构特点和成像机制,接着对该成像方式的误差进行讨论,提出利用插值算法实现对瞬时视场误差的补偿,得出双三次插值效果更好。随后对空间目标相关的偏振特性进行分析和实验,最后对目标红外图像和偏振图像融合,融合后的图像既有强度信息又有细节部分。这些都为像素级实时偏振探测提供了一定的理论依据与实践基础。
页数	104
DOI	D222290CDCEFCEBE9A75C8EEE24FBBA0
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63955
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	张哲. 长波红外偏振成像及实验研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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长波红外偏振成像及实验研究.caj（5038KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文