多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究.doc

多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究杂散光是光学系统中非正常传输光的总称,主要由组成系统的光学元件、机械组件的反射和散射产生。多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式低畸变的偏振成像传感器,可以获取目标的多角度偏振成像信息。杂散光会影响仪器数据的真实性,从而能影响多角度偏振信息的定量反演。因此,开展杂散光特性与校正研究,对保证仪器测量精度,提高大气气溶胶监测等应用具有重要的意义。论文首先根据多角度偏振成像仪自身特点和探测原理,分析了该仪器杂散光的表现特性,并设计相关试验对仪器杂散光问题进行了分析与定位,给出了仪器的杂散光抑制措施。结合仪器杂散光分布特点,将其分为局部杂散光和全局杂散光。通过软件建模,仿真分析了仪器的杂光系数,验证了抑制的有效性。进一步仿真了杂散光的分布特性,得到了不同类型杂散光的主要成因。然后,运用黑斑法实际测量了仪器的杂光系数,建立了杂散光影响分析模型,得到了杂散光对仪器辐射、偏振测量精度的影响结果。其次,论文开展了局部杂散光、全局杂散光和聚焦鬼像杂散光的校正研究。对于局部杂散光,针对大视场成像系统各个分视场处的点扩散函数不一致的情况,提出了一种基于圆盘模型的分视场点扩散函数构造方法。通过数学建模和实测采样点相结合的方法,得到了各个分视场的点扩散函数,采用最小二乘方滤波算法构建了局部杂散光校正模型,校正结果表明,此模型可将局部杂散光降为原来的1/5。对于全局杂散光,提出了分区域照明构建杂散光分布矩阵和分块校正的方法。在未饱和及过饱和两种情况下,通过分矩形区域、分视场二维转动扫描成像的方式,建立目标区辐射量和其他非目标区杂光量的关系,最终获得11×11区域的杂散光分布矩阵。校正结果表明,此方法消除了超过90%的全局杂散光。对于聚焦鬼像,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型。校正结果表明,此方法可以基本消除多角度偏振成像仪视场内的鬼像杂散光。最后,通过DPC与CE318太阳-天空辐射计同步观测,对获取的辐射偏振参量进行比对,验证了DPC在自然目标下的杂散光校正结果与仪器的辐射、偏振测量精度。对于在轨图像,给出了不同场景下的相对校正结果,得到杂散光校正结果与场景具有强相关关系,进一步分析了不同典型图像杂散光对DN值真实性的影响,得到亮区占比与杂散光影响近似成正相关线性关系的结论。