用于海面目標(biāo)探測的中波紅外實時偏振成像系統(tǒng)研究

1、第卷第期紅外與毫米波學(xué)報Vol。nnNo。n200年月JournalofInfraredMillimeterWaves200N用于海面目標(biāo)探測的中波紅外實時偏振成像系統(tǒng)研究韓平麗1，劉飛12，魏雅喆1，邵曉鵬1(1.西安電子科技大學(xué)，物理與光電工程學(xué)院，西安7100712.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室長春130033)摘要:海面的強鏡面反射導(dǎo)致強烈太陽耀光，造成海面目標(biāo)探測中目標(biāo)丟失。針對該問題，利用渥拉

2、斯頓棱鏡的分光特性及海面雜波的偏振特性，設(shè)計了一種中波紅外實時偏振成像系統(tǒng)，經(jīng)分光在同一探測器上獲得兩幅偏振態(tài)相互正交的目標(biāo)場景偏振子圖像。并通過偏振子圖像計算場景偏振度，結(jié)合目標(biāo)與背景的偏振特性差異，為準(zhǔn)確識別目標(biāo)提供依據(jù)。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠有效抑制太陽耀光，并能夠充分利用偏振度實現(xiàn)目標(biāo)探測。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:太陽耀光；中波紅外；偏振成像；渥拉斯頓棱鏡中圖分類號中圖分類號:O439文獻(xiàn)標(biāo)識碼文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ARealtimeInfrared

3、PolarizationImagingSystemDesignfMarineTargetsdetectionHanPingli1LiuFei12WeiYazhe1ShaoXiaopeng1(1.SchoolofPhysicsOptoelectronicEngineeringXidianUniveristyXi’an710071China2.StateKeyLabatyofAppliedOpticsChangchunInstituteof

4、OpticsFineMechanicsPhysicsChineseAcademicofSciencesChangchun130033China)Abstract:Inmarinetargetdetectionatargetcouldbelostbyainfrareddetectifit’slocatedinsunglintarea.Tocopewiththisproblemarealtimeinfraredpolarizationima

5、gingsystememployingaWollastonPrismwasdesignedwhichutilizedthepolarizationacteristicsofsunglint.TheWollastonPrismenabledbeamseparationintodinaryextradinaryrayswhichvibrateattwothogonallypolarizeddirectionstwoimageswereacq

6、uiredonthesamedetectplanewithlightfocusedbyanimaginglens.Degreeofpolarizationofthetargetscenecouldbecalculatedassisttodetectmarinetargets.Itenableseffectivesunglintsuppressionmarinetargetsdetection.Keywds:sunglintinfrare

7、dpolarizationimagingWollastonPrismPACS:42.15.Eq42.25.Ja61.80.Ba92.10.Pt收稿日期：收稿日期：2018XXXX；修返日期：修返日期：2018XXXX基金項目：基金項目：國家自然科學(xué)基金(61475123)；國家自然科學(xué)基金青年基金(61705175)；中國博士后科學(xué)基金面上項目(2017M613063）；中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室基金(CS1

8、6017050001)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(JB170503)Foundationitem：SupptedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(61475123)theYoungScientistsFundoftheNationalNaturalScienceFoundationofChina(61705175)theChinaPostdoctalScienceFoundation

9、(2017M613063)，theStateKeyLabatyofOpticalTechnologyfAppliedOpticsChangChunInstituteofOpticsFineMechanicsPhysicsChina(CS16017050001)，theFundamentalResearchFundsftheCentralUniversitiesofMinistryofEducationofChina(JB170503)作

10、者簡介作者簡介(Biography):韓平麗(1990)，女，河北衡水人，博士研究生，主要研究領(lǐng)域為水下偏振成像技術(shù)，Email:(2008hanpingli@)通訊作者通訊作者(Crespondingauth)：Email:(xpshao@xidian.)第卷第期紅外與毫米波學(xué)報Vol。nnNo。n200年月JournalofInfraredMillimeterWaves200N圖1海面目標(biāo)探測中到達(dá)探測器的信號組成Fig.1Sche

11、maticdiagramshowingroutesbywhichlightreachesadetectinseasurfacetargetdetection根據(jù)式(2)，海面同時發(fā)射和反射輻射，設(shè)海面發(fā)射率為ε，反射率為ρ，根據(jù)發(fā)射反射定律有ερ=1[13]。故式(2)實際為式(3)的簡化形式，(3)bgssesgskyLLLL??????其中為實際海面自發(fā)輻射，和分別為到達(dá)海面未經(jīng)反射前的太陽輻射和天空輻射。sseL?sgLskyL受

12、海風(fēng)影響，真實海洋表面存在起伏不定的波浪，與鏡面不同，菲涅爾定律、斯涅爾定律等光學(xué)定律不能直接應(yīng)用于海面表面光學(xué)參數(shù)的計算。在此之前，需首先建立海洋表面的三維模型，起伏的海洋表面可以視為由傾斜狀況不同的許多斜坡面組成，建立如式(4)所示的二維高斯分布函數(shù)由海面風(fēng)速和風(fēng)向所決定的三維波浪斜坡面分布模型[14][15]。(4)??2211exp22yxxycucuZZpZZ??????????????????????????????????

13、????式中，和為分別為斜坡面在xy方向的分量，和分別為和的均方根。和與風(fēng)速xZyZc?u?xZyZ2c?2u?V線性相關(guān)，如式(5)所示[16]，(5)222220.00530.0006710.00480.005120.01010.00219cucuVVV?????????????其中，速度V單位為ms。由式(5)可知與風(fēng)向無關(guān)，其相比于和能夠更好地表征風(fēng)速對海面起2?2c?2u?伏的影響。圖2海面波浪單個小斜坡面上的幾何反射模型[1