用于海面目標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報Vol。nnNo。n200年月JournalofInfraredMillimeterWaves200N用于海面目標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，物理與光電工程學院，西安7100712.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所應用光學國家重點實驗室長春130033)摘要:海面的強鏡面反射導致強烈太陽耀光，造成海面目標探測中目標丟失。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)相互正交的目標場景偏振子圖像。并通過偏振子圖像計算場景偏振度，結合目標與背景的偏振特性差異，為準確識別目標提供依據(jù)。結果表明，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)目標探測。關鍵詞關鍵詞: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文獻標識碼文獻標識碼: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：國家自然科學基金(61475123)；國家自然科學基金青年基金(61705175)；中國博士后科學基金面上項目(2017M613063）；中國科學院長春光學精密機械研究所應用光學國家重點實驗室基金(CS1

8、6017050001)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費(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，主要研究領域為水下偏振成像技術，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報Vol。nnNo。n200年月JournalofInfraredMillimeterWaves200N圖1海面目標探測中到達探測器的信號組成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，和分別為到達海面未經(jīng)反射前的太陽輻射和天空輻射。sseL?sgLskyL受

12、海風影響，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、斯涅爾定律等光學定律不能直接應用于海面表面光學參數(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)由海面風速和風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。和與風速xZyZc?u?xZyZ2c?2u?V線性相關，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)可知與風向無關，其相比于和能夠更好地表征風速對海面起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