1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
针对现有大气偏振模式理论模型单独考虑太阳或月亮的影响，无法充分描述晴朗天气下黎明和黄昏过渡期间天空偏振模式的问题，提出了一种曙暮光影响的大气偏振模式建模方法。该方法引入太阳和月亮的影响，以太阳和月亮位置求解的Stokes矢量为基础，同时考虑了实际天空中大气粒子多次散射的因素，对Stokes矢量优化；分析太阳和月亮对大气偏振模式的影响，确定了太阳和月亮的影响权重；利用偏振角表征大气偏振模式。结果表明，所提模型的仿真结果与实测偏振角具有相同的分布和变化特性，且保持着较高的相似度，能够有效地表征曙暮光影响的大气偏振模式。
大气偏振模式 曙暮光 Stokes矢量 偏振角 偏振光导航 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501002
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
空间调制型偏振检测技术是利用微偏振片阵列、角向或径向偏振片、涡旋波片等器件对光强分布进行空间调制以实现偏振信息测量的一种技术，具有光路结构简单、稳定性好、测量速度快、精度高等优势，在目标探测识别、工业及生化检测等领域具有重要应用。首先，对各种空间调制型Stokes矢量和Mueller矩阵偏振检测技术的工作原理、技术特点进行综述分析；然后，对近年来发展迅速的基于涡旋波片的空间调制型偏振检测技术进行详细阐述，重点对基于涡旋半波片和1/4波片的Stokes偏振仪、基于双涡旋波片的Mueller矩阵偏振仪的工作原理、检测效果和误差校准等内容进行介绍；最后，对空间调制型偏振检测技术的主要发展趋势进行展望。
偏振检测 空间调制 Stokes矢量 Mueller矩阵 涡旋波片 光学学报
2023, 43(17): 1712004
1 天津职业技术师范大学 机械工程学院，天津 300222
2 天津大学 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
3 天津理工大学 电气电子工程学院，天津 300384
在基于视觉图像的位姿测量中，非线性位姿测量算法的全局收敛存在不确定性，测量结果取决于初值的选取，不能保证位姿测量的鲁棒性。线性位姿测量算法对图像处理的要求比较高，如果定位特征点图像坐标提取不够精确，会导致位姿测量精度降低。在自然光条件下，相机采集定位特征点图像，图像中高亮度区域的存在对定位特征点提取精度产生影响，进而使有效定位特征点数量减少，影响位姿测量精度。针对上述问题，文中提出了一种基于最佳偏振角的线性位姿测量方法：在相机镜头前加装线偏振片，根据Stokes矢量建立偏振片最佳偏振角度求解模型，在使用最佳偏振角度的前提下采集定位特征点图像，提取图像坐标；建立线性位姿求解模型，计算被测物体位姿。实验结果表明，该方法能够有效减少图像中的高亮度区域，改善成像质量，提高线性位姿测量精度，在−60°~+60°的测量范围内，角度测量误差小于±0.16°，在0~20 mm的测量范围内，位移测量误差小于±0.05 mm。
位姿测量 最佳偏振角 线性算法 Stokes矢量 pose measurement optimal polarization angle linear algorithm Stokes vector 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210241
长春理工大学电子信息工程学院, 长春 130000
针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题, 提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术, 在液晶驱动控制器的作用下, 驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制, 利用相机采集目标的偏振图像, 进一步得到Stokes矢量的分量图像, 解算出偏振度、偏振角图像。该方法利用双相机同时成像技术, 解决了单相机采集信息不完整的问题, 可以实现完全Stokes测量, 同时获得目标的线偏振和圆偏振图像。实验结果表明, 偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像, 包含了更多的细节信息, Dop图像在图像评价指标方面均有5%以上的提升, 说明Dop图像可以更好地还原被测目标物。采用该方法可以提高对静态目标的识别能力。
偏振成像 Stokes矢量 柔性调制 polarization imaging Stokes vector LCVR LCVR flexible modulation
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
建立了包含1/2波片(HWP)和1/4波片(QWP)快轴装调误差的Stokes矢量测量误差方程。分析了波片快轴的装调误差对7种典型基态入射光的Stokes矢量测量精度的影响,推导了任意入射光Stokes矢量测量误差的表征方法。仿真结果表明,偏振度越大,偏振测量误差越大,选取入射光偏振度为1时的偏振测量精度评估系统性能。提出了一种波片快轴装调误差的优化方法,当测量矩阵的条件数小于1.84时,选取0.772/0.228的分束比可使波片快轴装调误差对系统偏振测量精度的影响最小。为满足2%的偏振测量精度,HWP的快轴装调误差应在±0.15°内,QWP的快轴装调误差应在±0.52°内。
测量 偏振 波片装调误差 邦加球 分束比 Stokes矢量
合肥工业大学 计算机与信息学院,安徽 合肥 230009
液晶相位可变延迟器(LCVR)是一种利用液晶电控双折射效应进行工作的波片,通过改变电场来改变入射光的相位, 因其相位延迟与电压、波长、温度等因素有关,使用前需要进行严格的标定。针对LCVR的标定,提出了一种基于Stokes矢量测量的LCVR标定方法,建立了系 统Stokes矢量与LCVR相位延迟量之间的函数关系,通过偏振态测量仪测量待测系统出射光的Stokes矢量,进而求解出LCVR的相位延迟量。通过与光强法进行 对比分析,验证了Stokes矢量法的正确性,并且,较之光强法测量更加简便,系统不再需要检偏器,避免了透光轴校准和光强值测量带来的误差；最后分析了电压、 入射光的偏振角度、入射光波长,以及温度等对LCVR 相位延迟量的影响。
激光技术 液晶相位可变延迟器 Stokes矢量 相位延迟量 波片 偏振测量 laser techniques liquid crystal variable retarders Stokes vector phase delay wave plate polarization measurement
中国人民解放军 装备学院 光电装备系, 北京 101416
为了分析液晶光谱偏振系统的方位误差并降低测量误差, 提出了选偏器方位误差的分析方法。该方法基于Stokes矢量及Mueller矩阵, 将偏振角的方位误差转化为Stokes矢量传递误差, 推导了误差的协方差矩阵, 分析了权重系数与延迟相位的变化关系, 并对不同偏振态入射光条件下的品质因数变化进行了计算仿真。方位误差依赖于入射光Stokes参数与延迟相位, 不同偏振态的入射光品质因数随延迟相位成抛物线变化。当延迟相位位于[60°,120°]区间内, 选偏器的方位误差较小, 测量误差较小适宜测量。通过对液晶偏振光谱系统配准误差的研究, 获得误差来源, 为进一步提高系统测量精度奠定了理论基础。
方位误差 液晶偏振光谱系统 协方差矩阵 Stokes矢量 misalignment error liquid crystal spectropolarimetric system covariance matrix Stokes vector
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
3 空间电子技术研究院, 陕西 西安 710100
为提高伪装目标识别的准确性, 提出将光谱信息与偏振信息相融合的伪装目标识别方法。基于液晶可调谐滤光片(LCTF)搭建了偏振光谱成像系统, 通过实验对绿色植物中隐藏的假植株进行偏振光谱探测实验。利用主成分分析法(PCA)对各偏振方向的目标光谱图像进行波段选择, 获取对应的光谱融合图像后进行偏振度计算, 最终得到被测目标的偏振光谱融合图像。实验结果表明: 得到的偏振光谱融合图像与光谱融合图像相比, 信息熵提高了72%, 平均梯度提高了250%。
偏振光谱成像系统 液晶可调谐滤波器(LCTF) 伪装目标 Stokes矢量 spectral polarization imaging system liquid crystal tunable filter camouflage target Stokes vector
解放军理工大学气象海洋学院， 江苏 南京 211101
为定量分析大气折射对辐射传输的影响，建立了矢量辐射传输模型(VSPART)，讨论了大气折射对漫射光Stokes矢量及辐射通量密度的影响。在模型中，采用射线追踪法实现了大气折射过程的参数化，基于矩阵算法实现了辐射传输方程的求解；将VSPART模拟结果与文献值及SPDISORT、DISORT、RT3/PolRadtran和MYSTIC的模拟结果进行了对比，验证了模型间的一致性；在纯瑞利散射大气及含气溶胶大气条件下，分析了大气折射对地面下行辐射和天顶上行辐射漫射光Stokes矢量的影响，讨论了大气折射效应随太阳天顶角的变化。结果表明，太阳天顶角为86°时，在瑞利散射条件下，由大气折射造成的漫射光（波长0.35 μm）I、Q和U分量的相对偏差可达9.2%、10.2%和11.3%，辐射通量密度的相对偏差可达5.3%。对于地面下行辐射，大气折射的影响总体随天顶角增大而增强，天顶上行辐射则反之。大气折射对地面下行漫射辐射的影响强于天顶上行辐射。随着气溶胶光学厚度的增加，大气折射效应显著增强；煤烟气溶胶条件下，大气折射的影响强于矿质型及海盐型气溶胶情形。当太阳天顶角大于70°时，大气折射的影响迅速增强，此时有必要在辐射传输模拟过程中考虑大气折射效应。
大气光学 折射效应 Stokes矢量 射线追踪法 矢量辐射传输
