高明慧　赫美琳

摘 要：偏振成像技術是在近些年發(fā)展起來的一種技術，因其所采用的依靠獲取物體光波偏振態(tài)的成像技術與原來采用的光強度成像相比更為先進，應用領域更為廣闊，經過這些年的發(fā)展，已經在很多的領域都得到了廣泛的應用。文章將就偏振成像的原理以及其在目標探測中的應用進行闡述。

關鍵詞：激光遙感；偏振成像；目標探測

前言

偏振遙感是一種新興的對地探測手段與技術，其在農業(yè)、林業(yè)、氣象、海洋、生態(tài)等領域都有著廣泛的應用，通過偏振遙感測量得到的是目標的偏振態(tài)信息，除能得到常規(guī)遙感測量的輻射量數(shù)據(jù)外，還能得到與目標的本征特性有關的偏振度差異，從而可以在一定程度上把目標的本質差異“強化”出來，提取常規(guī)遙感方法不易得到的信息，因此可以進一步提高目標探測和地物識別的精度。文章將就偏振成像的原理以及其在目標探測中的應用進行闡述。

1 偏振成像簡介

光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動方向和光波前進方向構成的平面叫做振動面，光的振動面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或線偏振光。振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。偏振光的分類：線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。偏振光與目標發(fā)生相互作用后的散射光中會包含由目標自身特性所決定的偏振信息，偏振信息是一種獨特的信息，它與我們傳統(tǒng)探測得到的信息不同，由于這種偏振信息是目標自身特性所決定的，因此，我們通過收集偏振光中的信息就可以對所需測量的目標信息有著清晰的認識。而以上這一通過收集目標光波偏振態(tài)進而成像的技術就是偏振成像。偏振成像以其特有的優(yōu)勢迄今已經得到了廣泛的應用。通常情況下，人的視覺系統(tǒng)對光的強度特征和波長特征都比較敏感，但對于同樣是光的基本特征的偏振特征是無法感知的，因此在傳統(tǒng)的圖像處理、分析、理解過程中所使用的技術都是基于光的強度特征和波長特征所提供的信息，這就使得現(xiàn)用的圖像處理、分析以及理解算法很復雜，只能進行一些初步的判斷，但是對于圖像中目標的一些本質特性（如目標的材質、目標的細節(jié)特征等）難以做出正確的理解。但是通過研究偏振光與物質的相互作用，找出它們的規(guī)律，就可以以此來檢測物質的固有屬性，同時可以利用對各向均勻的物質施加外界作用（電場、磁場、外力等）使之呈現(xiàn)出一定的偏振特性，通過檢測這些偏振特性，以達到檢測這些外界作用的屬性。由于物質的固有屬性，并且這些固有屬性與偏振光相互作用有以下特性：旋光性，晶體、液體和液晶的光電效應，光測彈性效應等，利用以上這些特性可以實現(xiàn)偏振探測的具體應用。

2 偏振遙感的優(yōu)勢

利用偏振光來照射被測物質，經被測物質與偏振光的相互作用后偏振光的偏振信息將按規(guī)律產生相應的變化，通過檢測這種偏振信息的變化來實現(xiàn)測量該被測物的屬性，是偏振探測的物理基礎。相較與可見光和近紅外遙感技術以及雷達遙感技術經過了幾十年的應用，偏振遙感在應用方面只是剛學步的嬰兒，但是其所代表則是在未來空間遙感技術遙感探測的發(fā)展趨勢。像可見光和近紅外遙感技術以及雷達遙感技術一般是通過收集目標對于發(fā)出電磁波的反射輻射或者是目標自身所發(fā)出的輻射強度來對目標進行探測，而對收集來的偏振信號則作為雜波進行清除。偏振遙感相較于可見光和近紅外遙感技術以及雷達遙感技術等傳統(tǒng)技術，可以測量一些普通光度學無法測量的一些數(shù)據(jù)。其對于目標的偏振測量精度可以達到很高的測量精度，同時，在得到偏振測量結果的同時，還可以得到地物輻射測量數(shù)據(jù)。偏振測量可以給出來自目標的光波偏振度、偏振角、偏振橢率和輻射率的測量值。偏振測量的準確度比輻射率測量的準確度要高偏振遙感已經受到人們的極大關注。

偏振遙感技術具有以下特性：（1）偏振測量除能得到常規(guī)遙感測量的輻射量數(shù)據(jù)外，還能得到與目標的本征特性有關的偏振度差異，從而可以在一定程度上把目標的本質差異“強化”出來，提取常規(guī)遙感方法不易得到的信息，因此可以進一步提高目標探測和地物識別的精度。（2）實現(xiàn)簡單，花費低。在常規(guī)遙感探測設備上加裝偏振組件即可實現(xiàn)偏振測量，儀器研制周期短。

在機器視覺的應用上，偏振成像具有其獨特性。其系統(tǒng)主要組成包括三個技術環(huán)節(jié)，偏振成像系統(tǒng)主要有三個技術環(huán)節(jié)組成，具體有對光波偏振態(tài)進行分解、掃描、編碼（角度）。繼而在獲取圖像后進行處理增強，并進一步處理、融合，形成可視化圖像。最后從獲得圖像中獲取需要了解的信息，對被測目標進行了解。

受到環(huán)境因素影響，光強強度成像精度會受到影響，若環(huán)境惡劣，或者光強度過于弱，成像就會具有一定的困難度。而偏振成像技術卻可以在惡劣的環(huán)境下進行遠距離的圖像獲取操作，在抑制背景噪聲、提高探測距離、細節(jié)特征獲取以及目標偽裝識別等方面具有絕對優(yōu)勢。因此，其具有非常廣泛的應用，例如：可探測隱藏或偽裝的目標；可實現(xiàn)海面以及水下目標的探測和識別；可實現(xiàn)煙霧氣候環(huán)境條件下的導航；有效區(qū)分金屬和絕緣體或是從引誘物中區(qū)分真實目標；可進行癌癥、燒傷等醫(yī)學診斷；可對物體特征（如指紋等）進行識別；可實現(xiàn)星載或機載遙感；可與其它技術相結合，如多光譜偏振紅外成像、超光譜偏振紅外成像等。

3 偏振成像技術的應用及展望

偏振成像遙感在現(xiàn)今很多領域都得到了廣泛的應用，例如：農業(yè)：不同種類農作物種植面積監(jiān)測、作物長勢監(jiān)測、大面積農作物病蟲害監(jiān)測等。林業(yè)：林業(yè)資源規(guī)劃調查、森林病蟲害監(jiān)測、森林長勢監(jiān)測、森林覆蓋率監(jiān)測、森林火災監(jiān)測等。氣象：洪澇災害監(jiān)測（洪水面積、成災面積、作物絕收面積）、冰雹災害監(jiān)測、云和氣溶膠探測等。海洋：海洋赤潮監(jiān)測（面積、赤潮的消長趨勢）、近海海域污染物的監(jiān)測等。生態(tài)：土地利用現(xiàn)狀監(jiān)測、土壤沙漠化監(jiān)測、土壤侵蝕監(jiān)測、水質污染動態(tài)監(jiān)測等。偏振成像的應用與展望如下：目前，超光譜空間分辨率的偏振成像儀也已開始研制，并已經取得了階段性的成果：（1）應用偏振成像技術可以對地球表面進行精確地探測，從偏振探測的原理及大量實驗的數(shù)據(jù)表面，地球上的不同種類、不同地物在偏振成像中都會有其特殊的圖像，從地表中普遍存在的巖石、礦物、土壤等甚至是生長其上的植物都會由于其葉莖對于偏振波產生的不同的回波信號而在偏振圖像中有所反應，因此，偏振遙感技術在地物的探測中能夠準確地識別和區(qū)分地形的類型。（2）偏振成像技術在導彈的飛行安全保障中發(fā)揮著重要的作用，通過對導彈在著彈區(qū)域內卷云和其他云層進行探測，先出合適的發(fā)射路徑避開卷云和其他云層等容易對導彈飛行安全造成影響的區(qū)域，保障導彈和其他飛行器的飛行安全。（3）偏振成像技術在導彈制導方面也可發(fā)揮著重要作用，通過采用偏振成像技術可以避免大氣氣溶膠對于傳統(tǒng)的光電探測系統(tǒng)的影響，進而在導彈制導，保障導彈的精確性方面發(fā)揮重要作用。（4）原有的探測技術在探測渾濁介質中探測目標是一項比較困難的事情，由于渾濁介質通過吸收和散射導致光的穿透力明顯下降，進而對于傳統(tǒng)的光探測的探測距離會產生重要的影響。而通過偏振成像技術則可以很好地規(guī)避這些問題。

4 結束語

文章對偏振成像的原理及其在各項領域的應用進行了介紹，著重突出了偏振成像技術在遙感領域中的應用。

參考文獻

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