煙霧環(huán)境下偏振光傳輸特性研究

目錄
“偏振成像探測技術學術叢書”序前言
第1章 緒論 1
1.1 研究目的意義 1
1.1.1 偏振光的基本概念 1
1.1.2 偏振探測潛在優(yōu)勢 2
1.1.3 偏振成像探測過程 4
1.2 國外偏振技術研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 目標偏振特性 6
1.2.2 偏振傳輸特性 12
1.2.3 偏振成像探測 14
1.2.4 偏振信息處理 18
1.2.5 小結(jié) 20
1.3 偏振傳輸?shù)募夹g內(nèi)涵 21
1.3.1 基本問題 21
1.3.2 技術差距 24
1.3.3 研究內(nèi)容 25
1.3.4 技術路線 26
1.4 偏振傳輸仿真技術現(xiàn)狀 27
1.4.1 偏振傳輸仿真方法發(fā)展現(xiàn)狀 27
1.4.2 大氣偏振輻射傳輸仿真軟件 29
參考文獻 31
第2章 偏振傳輸基本理論 36
2.1 引言 36
2.2 偏振光的表征與描述 36
2.2.1 偏振光性質(zhì) 36
2.2.2 三角函數(shù)表示法 37
2.2.3 瓊斯矢量法 39
2.2.4 斯托克斯矢量法 40
2.2.5 邦加球法 41
2.3 斯托克斯的矩陣表示 42
2.3.1 瓊斯矩陣表征 42
2.3.2 Mueller矩陣表征 43
2.3.3 偏振器件的數(shù)學表示 44
2.4 大氣對偏振光傳輸?shù)挠绊?48
2.4.1 大氣組成及分布 48
2.4.2 大氣對光的吸收和散射的影響 49
2.4.3 Rayleigh散射 50
2.4.4 Mie散射 52
2.4.5 多次散射 53
參考文獻 54
第3章 偏振傳輸測試技術 57
3.1 偏振測量基本方法 57
3.1.1 基于旋轉(zhuǎn)偏振片的偏振測量方法 57
3.1.2 基于液晶可變相位延遲器的偏振測量方法 58
3.2 主動激光偏振傳輸測試 62
3.2.1 主動激光偏振特性測試方案 62
3.2.2 室外主動激光偏振傳輸實驗 64
3.3 傳輸信道模擬方案 67
3.3.1 大氣湍流模擬方案 67
3.3.2 煙霧環(huán)境模擬方案 70
3.4 外場地物偏振特性測試 72
3.4.1 外場偏振特性測試方案 72
3.4.2 大氣光學厚度測量統(tǒng)計分析 74
參考文獻 76
第4章 煙霧環(huán)境模擬技術研究 78
4.1 煙霧環(huán)境模擬裝置 78
4.1.1 煙霧環(huán)境模擬的功能需求 78
4.1.2 煙霧環(huán)境模擬裝置設計 80
4.1.3 模擬煙霧環(huán)境偏振傳輸實驗設計 83
4.2 煙霧濃度測量方法 86
4.2.1 煙霧濃度計算 87
4.2.2 煙霧的粒度與沉降問題 88
4.2.3 光學厚度測量 89
4.2.4 煙霧粒度測量 92
4.3 非球形粒子制備方法 93
4.3.1 基于靈芝孢子的橢球形粒子制備方法 93
4.3.2 基于酵母菌的橢球形粒子制備方法 97
參考文獻 98
第5章 大氣環(huán)境偏振傳輸特性研究 99
5.1 大氣偏振傳輸特性理論基礎 99
5.2 大氣散射偏振輻射特性分析 102
5.2.1 Rayleigh散射偏振輻射特性分析 103
5.2.2 Mie散射偏振輻射特性分析 104
5.3 偏振輻射傳輸特性隨大氣參數(shù)變化分析 107
5.3.1 不同類型粒子譜分布 107
5.3.2 不同折射率分析 108
5.3.3 不同氣溶膠模型的大氣層頂偏振輻射量變化 109
5.3.4 霧霾大氣的偏振輻射隨觀測幾何的分布 110
5.4 地氣偏振輻射傳輸特性模擬分析 111
5.4.1 不同觀測高度下表觀偏振反射率 111
5.4.2 不同觀測高度下地表偏振反射率 112
5.4.3 大觀測天頂角下偏振輻射傳輸仿真及驗證 113
參考文獻 121
第6章 煙霧環(huán)境下球形粒子偏振傳輸特性研究 122
6.1 偏振傳輸建模與仿真方法 122
6.1.1 離散坐標法 122
6.1.2 球諧函數(shù)法 122
6.1.3 倍加-累加法 123
6.1.4 蒙特卡羅方法 123
6.2 球形粒子偏振傳輸特性仿真 124
6.2.1 基于Mie散射理論的偏振傳輸過程 124
6.2.2 基于蒙特卡羅的偏振傳輸仿真方法 126
6.3 球形粒子多次散射Mueller矩陣圖樣驗證 131
6.3.1 Mueller矩陣和Stokes參量圖樣 131
6.3.2 Mueller矩陣仿真驗證方法 134
6.3.3 Mueller矩陣實驗驗證 138
6.4 偏振傳輸特性隨介質(zhì)參數(shù)變化分析 140
6.4.1 不同波長的變化關系 141
6.4.2 不同粒子半徑的變化關系 142
6.4.3 不同折射率的變化關系 142
6.5 偏振傳輸特性隨環(huán)境參數(shù)變化分析 143
6.5.1 不同濕度變化關系 143
6.5.2 不同濃度變化關系 145
6.6 理論仿真與實驗結(jié)果的驗證 148
6.6.1 不同煙霧濃度下的偏振傳輸實驗 148
6.6.2 符合度驗證結(jié)果 151
參考文獻 151
第7章 煙霧環(huán)境下偏振圖像處理方法研究 154
7.1 渾濁介質(zhì)偏振成像實驗 154
7.1.1 室外不同距離下偏振成像實驗 154
7.1.2 模擬煙霧環(huán)境不同光照偏振成像實驗 158
7.1.3 不同煙霧濃度的圖像標準測試板成像實驗 162
7.2 基于提升小波的偏振圖像融合方法 164
7.2.1 提升小波基本原理 164
7.2.2 小波濾波器的提升算法 166
7.2.3 基于提升小波的偏振圖像融合算法 167
7.2.4 實驗結(jié)果與分析 171
7.3 基于非下采樣輪廓波的偏振圖像自適應融合方法 174
7.3.1 非下采樣輪廓波變換圖像分解原理 174
7.3.2 基于NSCT的偏振圖像融合算法 176
7.3.3 實驗結(jié)果及分析 181
7.4 偏振圖像偽彩色增強與融合方法研究 185
7.4.1 偏振偽彩色處理實驗設計 185
7.4.2 偏振圖像的偽彩色編碼 187
7.4.3 偏振偽彩色融合方法的相關工作 190
7.4.4 基于NSCT變換和HSI空間的偏振融合偽彩色增強算法 192
7.4.5 實驗結(jié)果分析 197
參考文獻 198
第8章 三非環(huán)境下偏振傳輸特性研究 202
8.1 偏振傳輸三非問題的提出 202
8.1.1 粒子非球形情況 203
8.1.2 粒子非均勻情況 205
8.1.3 介質(zhì)非均勻情況 207
8.2 基于T矩陣的非球形粒子偏振傳輸模型 207
8.2.1 非球形粒子仿真方法綜述 207
8.2.2 基于T矩陣算法的非球形粒子建模方法 209
8.2.3 非球形粒子偏振參量計算 213
8.2.4 非球形粒子模型與尺寸分布 214
8.3 非球形粒子的偏振傳輸特性分析 216
8.3.1 大氣非球形粒子的屬性 216
8.3.2 橢球形粒子偏振傳輸特性分析 217
8.3.3 柱狀粒子偏振傳輸特性分析 221
8.3.4 切比雪夫形粒子偏振傳輸特性分析 224
8.3.5 T矩陣法和Mie散射理論的計算結(jié)果對比 227
8.4 基于分層結(jié)構(gòu)的非均勻介質(zhì)傳輸特性仿真與實驗驗證 232
8.4.1 非均勻介質(zhì)偏振傳輸特性模型 232
8.4.2 非均勻介質(zhì)的偏振特性測試與驗證 232
參考文獻 239