多角度偏振成像仪实验室全视场偏振定标.doc

多角度偏振成像仪实验室全视场偏振定标偏振成像技术已成为光学探测领域中的研究热点,在目标探测、生物医学、天文观测、大气遥感等方面展现出广泛的应用前景和价值。偏振成像测量仪器一般都存在系统误差,会影响仪器的探测精度。为保证探测精度,通常的做法是对仪器开展定标,并且具体的定标方法因仪而异。多角度偏振成像仪是一种超广角的星载偏振遥感器,其偏振探测精度对大气气溶胶及云的微物理特性参数反演具有重要意义,对其开展实验室偏振定标是保证在轨遥感数据质量的重要研究课题。本文从偏振的Stokes-Mueller矩阵数学工具出发,结合多角度偏振成像仪光学系统的具体特点,详细建立了仪器的全视场偏振辐射测量模型。建模时特别注意了定标的原则和可行性,将全视场空间相对差异分为低频和高频两种,并将广角镜头引起的偏振效应归纳为一个综合的起偏度参数。仿真了无偏光和完全线偏光两种光源全视场入射仪器的成像响应结果,对仪器的成像特点有了宏观认识。分析了各主要仪器参数定标偏差与偏振度测量误差之间的关系,同时依据误差分析结果,初步分配了各种仪器参数定标的容差。这些研究为多角度偏振成像仪的偏振定标实施奠定了一定的理论基础和实验指导。具体开展了仪器各种影响因素的定标方法、定标实验以及分析评估的研究工作。通过实验验证了模型中将镜头偏振效应简化为一个综合起偏度参数的合理性。介绍了仪器全视场偏振定标的总体原则和框架,重点设计了模型中主要仪器参数的定标方法并开展了具体定标实验,如三检偏通道相对透射率、空间高频相对响应率、空间低频相对透射率、全视场镜头起偏度、转轮内偏振片透过轴绝对方位角。基本完成了仪器测量模型内全部参数的定标研究工作。为全面保证仪器的探测精度,对仪器测量模型之外的一些因素也开展了性能测定。分析了所用CCD面阵探测器的帧转移缺陷的机理,介绍了两种帧转移校正的方法,同时根据具体的实验对比结果,推荐使用"暗元扣除法"。通过线性调节测试光源的光谱辐亮度,推算出仪器的辐射动态范围上限。根据实际情况分析了三检偏通道光楔像元配准的要求,通过求成像光点重心坐标的实验得到了仪器的像元配准量。详细介绍了本实验室的可调偏振光源系统,具体开展了使用不同偏振度的标准光源对仪器典型视场角下偏振度测量精度的验证实验,利用大积分球无偏光源全视场成像结果对仪器全视场的偏振度测量精度进行了再次验证。本文的研究保证了多角度偏振成像仪的探测精度,满足了遥感数据产品反演的应用需求,提供了对大视场偏振成像系统进行实验室偏振定标的系统性参考资料。