烟雾环境下偏振光传输特性研究

目录
“偏振成像探测技术学术丛书”序前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的意义 1
1.1.1 偏振光的基本概念 1
1.1.2 偏振探测潜在优势 2
1.1.3 偏振成像探测过程 4
1.2 国外偏振技术研究现状 5
1.2.1 目标偏振特性 6
1.2.2 偏振传输特性 12
1.2.3 偏振成像探测 14
1.2.4 偏振信息处理 18
1.2.5 小结 20
1.3 偏振传输的技术内涵 21
1.3.1 基本问题 21
1.3.2 技术差距 24
1.3.3 研究内容 25
1.3.4 技术路线 26
1.4 偏振传输仿真技术现状 27
1.4.1 偏振传输仿真方法发展现状 27
1.4.2 大气偏振辐射传输仿真软件 29
参考文献 31
第2章 偏振传输基本理论 36
2.1 引言 36
2.2 偏振光的表征与描述 36
2.2.1 偏振光性质 36
2.2.2 三角函数表示法 37
2.2.3 琼斯矢量法 39
2.2.4 斯托克斯矢量法 40
2.2.5 邦加球法 41
2.3 斯托克斯的矩阵表示 42
2.3.1 琼斯矩阵表征 42
2.3.2 Mueller矩阵表征 43
2.3.3 偏振器件的数学表示 44
2.4 大气对偏振光传输的影响 48
2.4.1 大气组成及分布 48
2.4.2 大气对光的吸收和散射的影响 49
2.4.3 Rayleigh散射 50
2.4.4 Mie散射 52
2.4.5 多次散射 53
参考文献 54
第3章 偏振传输测试技术 57
3.1 偏振测量基本方法 57
3.1.1 基于旋转偏振片的偏振测量方法 57
3.1.2 基于液晶可变相位延迟器的偏振测量方法 58
3.2 主动激光偏振传输测试 62
3.2.1 主动激光偏振特性测试方案 62
3.2.2 室外主动激光偏振传输实验 64
3.3 传输信道模拟方案 67
3.3.1 大气湍流模拟方案 67
3.3.2 烟雾环境模拟方案 70
3.4 外场地物偏振特性测试 72
3.4.1 外场偏振特性测试方案 72
3.4.2 大气光学厚度测量统计分析 74
参考文献 76
第4章 烟雾环境模拟技术研究 78
4.1 烟雾环境模拟装置 78
4.1.1 烟雾环境模拟的功能需求 78
4.1.2 烟雾环境模拟装置设计 80
4.1.3 模拟烟雾环境偏振传输实验设计 83
4.2 烟雾浓度测量方法 86
4.2.1 烟雾浓度计算 87
4.2.2 烟雾的粒度与沉降问题 88
4.2.3 光学厚度测量 89
4.2.4 烟雾粒度测量 92
4.3 非球形粒子制备方法 93
4.3.1 基于灵芝孢子的椭球形粒子制备方法 93
4.3.2 基于酵母菌的椭球形粒子制备方法 97
参考文献 98
第5章 大气环境偏振传输特性研究 99
5.1 大气偏振传输特性理论基础 99
5.2 大气散射偏振辐射特性分析 102
5.2.1 Rayleigh散射偏振辐射特性分析 103
5.2.2 Mie散射偏振辐射特性分析 104
5.3 偏振辐射传输特性随大气参数变化分析 107
5.3.1 不同类型粒子谱分布 107
5.3.2 不同折射率分析 108
5.3.3 不同气溶胶模型的大气层顶偏振辐射量变化 109
5.3.4 雾霾大气的偏振辐射随观测几何的分布 110
5.4 地气偏振辐射传输特性模拟分析 111
5.4.1 不同观测高度下表观偏振反射率 111
5.4.2 不同观测高度下地表偏振反射率 112
5.4.3 大观测天顶角下偏振辐射传输仿真及验证 113
参考文献 121
第6章 烟雾环境下球形粒子偏振传输特性研究 122
6.1 偏振传输建模与仿真方法 122
6.1.1 离散坐标法 122
6.1.2 球谐函数法 122
6.1.3 倍加-累加法 123
6.1.4 蒙特卡罗方法 123
6.2 球形粒子偏振传输特性仿真 124
6.2.1 基于Mie散射理论的偏振传输过程 124
6.2.2 基于蒙特卡罗的偏振传输仿真方法 126
6.3 球形粒子多次散射Mueller矩阵图样验证 131
6.3.1 Mueller矩阵和Stokes参量图样 131
6.3.2 Mueller矩阵仿真验证方法 134
6.3.3 Mueller矩阵实验验证 138
6.4 偏振传输特性随介质参数变化分析 140
6.4.1 不同波长的变化关系 141
6.4.2 不同粒子半径的变化关系 142
6.4.3 不同折射率的变化关系 142
6.5 偏振传输特性随环境参数变化分析 143
6.5.1 不同湿度变化关系 143
6.5.2 不同浓度变化关系 145
6.6 理论仿真与实验结果的验证 148
6.6.1 不同烟雾浓度下的偏振传输实验 148
6.6.2 符合度验证结果 151
参考文献 151
第7章 烟雾环境下偏振图像处理方法研究 154
7.1 浑浊介质偏振成像实验 154
7.1.1 室外不同距离下偏振成像实验 154
7.1.2 模拟烟雾环境不同光照偏振成像实验 158
7.1.3 不同烟雾浓度的图像标准测试板成像实验 162
7.2 基于提升小波的偏振图像融合方法 164
7.2.1 提升小波基本原理 164
7.2.2 小波滤波器的提升算法 166
7.2.3 基于提升小波的偏振图像融合算法 167
7.2.4 实验结果与分析 171
7.3 基于非下采样轮廓波的偏振图像自适应融合方法 174
7.3.1 非下采样轮廓波变换图像分解原理 174
7.3.2 基于NSCT的偏振图像融合算法 176
7.3.3 实验结果及分析 181
7.4 偏振图像伪彩色增强与融合方法研究 185
7.4.1 偏振伪彩色处理实验设计 185
7.4.2 偏振图像的伪彩色编码 187
7.4.3 偏振伪彩色融合方法的相关工作 190
7.4.4 基于NSCT变换和HSI空间的偏振融合伪彩色增强算法 192
7.4.5 实验结果分析 197
参考文献 198
第8章 三非环境下偏振传输特性研究 202
8.1 偏振传输三非问题的提出 202
8.1.1 粒子非球形情况 203
8.1.2 粒子非均匀情况 205
8.1.3 介质非均匀情况 207
8.2 基于T矩阵的非球形粒子偏振传输模型 207
8.2.1 非球形粒子仿真方法综述 207
8.2.2 基于T矩阵算法的非球形粒子建模方法 209
8.2.3 非球形粒子偏振参量计算 213
8.2.4 非球形粒子模型与尺寸分布 214
8.3 非球形粒子的偏振传输特性分析 216
8.3.1 大气非球形粒子的属性 216
8.3.2 椭球形粒子偏振传输特性分析 217
8.3.3 柱状粒子偏振传输特性分析 221
8.3.4 切比雪夫形粒子偏振传输特性分析 224
8.3.5 T矩阵法和Mie散射理论的计算结果对比 227
8.4 基于分层结构的非均匀介质传输特性仿真与实验验证 232
8.4.1 非均匀介质偏振传输特性模型 232
8.4.2 非均匀介质的偏振特性测试与验证 232
参考文献 239