红外偏振成像实验研究

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1、密级:硕士学位论文红外偏振成像实验研究作者姓名：曾恒亮指导教师：张孟伟研究员中国科学院光电技术研究所学位类别：工学硕士学科专业：光学工程研究所：中国科学院光电技术研究所2016年3月ExperimentofinfraredpolarizationimagingByZengHengliangADissertation/ThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofopticalengine

2、eringInstituteofopticsandelectronicsChineseAcademyofSciencesMarch,2016致谢研究生生涯即将结束，回顾过往，有刚开始的踌躇满志，有开题时的迷茫彷徨，有得到实验结果的开心喜悦，有遇到问题的焦急困惑，也有这最后的成长和坚定。这一路走来，感谢陪伴的老师和朋友们。首先要感谢研究生导师张孟伟老师，在研究生课程学习计划的制作、课题开题以及研究路线的讨论、实验过程具体工作的指导以及毕业论文的撰写中张老师都给予详细的指导。张老师认真负责的工作态度，严谨细致的工作作风以及开阔的思路都给我留下深刻的印象，在此仅向张

3、老师表示最真挚的感谢!另外，也要感谢杜俊峰老师和何培龙老师以及实验室其他老师在课题开展过程中给予的帮助，关于课题研究的讨论、实验现象的解读以及详细工作的指导都使我获益良多。同时要感谢江川、刘征、陈玉林、谢宗良、吕志军以及谭玉凤同学在科研过程中给予的帮助与启发，也感谢研究室的兄弟姐妹在科研和生活上支持。最后，要感谢一直在身边的朋友们和我最亲的亲人们，感谢你们一路的关怀与支持！曾恒亮2016年3月摘要传统成像探测技术专注于目标的强度信息和光谱信息，在现在目标背景越来越复杂情况下，尤其是还有经过伪装和隐蔽的目标，因此需要开展对其他先进成像探测技术的研究，以便在复杂背

4、景下检测和识别目标。红外偏振成像是在红外成像与偏振检测的基础上，通过检测目标不同于光强、相位、振幅等光波物理特征的偏振信息，可以提供不同于强度图和光谱图的信息，能够利用目标与背景的偏振特征差异，增强目标背景对比度，提高目标探测与识别能力。本文从偏振光理论出发，根据菲涅尔公式、基尔霍夫理论以及普朗克黑体辐射定律，研究了目标红外偏振特性产生机理，对目标反射辐射偏振特性与自发辐射偏振特性进行了仿真分析；介绍了斯托克斯矢量偏振表示方法，研究了偏振成像技术的基本原理和目前主要偏振成像方法，为后续搭建红外偏振成像平台提供基础。其次，根据目标偏振特性模型，系统分析了观测角、

5、表面粗糙度、折射率、波长等因素对红外偏振成像的影响，对相关因素进行了仿真分析和实验验证；搭建了长波红外偏振成像实验平台，并利用该平台和可见光偏振成像系统对室内外不同场景进行了偏振成像实验，结果表明偏振度能够提高场景对比度，对背景抑制明显；针对红外偏振成像系统不同偏振方向图像之间不匹配，利用基于sift的图像配准方法进行图像配准，配准之后的偏振特征参数成像图像在清晰度以及信息熵上均有所提高；考虑到偏振度图虽然提高目标场景对比度而场景亮度较低清晰度不高的特点，研究了基于非下采样剪切波变换的偏振图像融合方法，利用该方法对偏振特征图像和强度图进行融合，结果表明融合图在

6、保证目标背景对比度的情况下，信息熵以及平均梯度均有所提高。关键词：长波红外，偏振成像，斯托克斯矢量，目标偏振特性，图像融合IABSTRACTTraditionalimagingdetectiontechnologyfocusonintensityandspectralinformationofthetarget.，Butnowthenaturebackgroundismorecomplexandthetargetsarecamouflagedandhidden,sounderthiscircumstances,weneedtostudynewimagingme

7、thodtodetectthetargetundercomplexbackground.Infraredpolarizationimagingbasedoninfraredimagingandpolarizationimagingiscapabletoobtaintargetpolarizationcharacteristicswhichisdifferentfromintensityandphase,therebyaddthetargetinformationdimension.Infraredpolarizationimagingisnotonlyable

8、toobtaininfraredima