CN111854958B - 复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法与***，属于光电探测技术领域，包括偏振信息主动传输测试***和偏振信息被动传输测试***。通过海雾环境偏振光传输特性主被动测试***，探究不同波长的偏振光在不同试验参数条件下复杂海雾环境的偏振传输特性，分析偏振光在复杂海雾环境下的偏振传输特性；同时采用红外偏振成像法，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性，对比零视距目标偏振成像。通过以上方法，对其在不同环境条件下的传输特性进行偏振特性测试，对复杂海雾环境进行被动传输成像试验研究。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，特别是涉及到一种复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法与***。
背景技术
由于海洋环境受季风气候影响，一年四季多为雾天，海雾环境是影响偏振、信息传输特性的主要因素，造成在海洋环境下典型目标在海雾中“看不远”的问题，复杂海洋环境是影响光学探测识别性能的主要因素，其中海雾影响尤为严重。海雾粒子的光散射与光衰减，严重影响光学成像仪器的性能，导致强度图像对比度低而认不清，对交通运输、海洋捕捞和海洋开发工程以及军事活动等造成不良影响。
由于偏振成像具有穿透海雾的优势，而海雾等自然环境遮蔽的消光程度随波长的不同而不同，同时取决于颗粒对光波的吸收和散射强度，而颗粒散射强度取决于粒径的大小、组成和浓度。典型海雾环境下偏振信息传输需要分析复杂海雾环境下偏振光信息的传输机理，基于不同波长不同偏振态模式的红外光与可见光在不同海雾浓度下的传输模型，构建一种复杂海雾环境偏振光传输特性测试***，这为海洋目标高精度成像探测提供理论修正与技术试验支撑，具有重要价值与意义。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
为了解光在海雾传输过程中偏振参数的变化情况，本发明的目的是提供复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法与***，在外场距离试验条件下，利用偏振态测量仪，对激光在线偏振和圆偏振两种调制模式下经过海雾传输后的偏振特性变化情况进行主动传输试验研究。并同时开展不同距离，不同海雾环境下对不同波长偏振光传输影响的被动传输成像试验，利用黑体标准红外光源与金属线栅偏振片产生不同波段的红外偏振光，采用红外偏振成像法，在一定视距内不同海雾环境下对典型目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性。对其在不同海雾环境条件下的传输特性进行偏振特性测试，对复杂海雾环境进行被动传输成像试验研究。以此实现主被动偏振传输特性互为补充验证，提高对试验结果分析的准确性及可靠性。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***，其特征在于，该***包括偏振信息主动传输测试***和偏振信息被动传输测试***，
所述偏振信息主动传输测试***包括偏振光发射光学子***、第一二维角度调整平台、偏振特性探测接收光学子***、第二二维角度调整平台以及偏振信息计算处理子***，所述偏振光发射光学子***设置在第一二维角度调整平台上；所述偏振特性探测接收光学子***设置在第二二维角度调整平台上，同时偏振特性探测接收光学子***与偏振信息计算处理子***电学连接；所述第一二维角度调整平台和第二二维角度调整平台用于控制偏振光发射光学子***和偏振特性探测接收光学子***间的对准，确保偏振光发射光学子***发射的平行光束经过海雾介质后平行入射至偏振特性探测接收光学子***；
其中，偏振光发射光学子***包括超宽带可调谐激光器、衰减片、第一双凸透镜、起偏器及四分之一玻片，超宽带可调谐激光器、衰减片、第一双凸透镜、起偏器及四分之一玻片同光轴且沿着光的传播方向依次排列；
其中，偏振特性探测接收光学子***包括半球透镜、缩束器、窄带滤光片、第二双凸透镜及偏振态测量仪，半球透镜、缩束器、窄带滤光片、第二双凸透镜、偏振态测量仪同光轴且沿着光的传播方向依次排列；
所述偏振信息被动传输测试***包括红外偏振光产生子***及红外偏振特性探测子***，红外偏振光产生子***和红外偏振特性探测子***分设在海雾介质两侧，红外偏振光产生子***包括黑体标准红外光源及金属线栅偏振片，金属线栅偏振片与黑体标准红外光源同光轴，且金属线栅偏振片设置在黑体标准红外光源的出射光路上；红外偏振特性探测子***包括短波红外偏振探测器、中波红外偏振探测器及长波红外偏振探测器，短波红外偏振探测器、中波红外偏振探测器及长波红外偏振探测器用于对应接收红外偏振光产生子***发出的不同波长红外偏振光，且相互之间独立。
进一步，所述缩束器为可变倍率缩束器。
复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法，其特征在于，该方法采用上述复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***进行测试，具体包括如下步骤：
步骤一、调整第一二维角度调整平台和第二二维角度调整平台，使得偏振光发射光学子***和偏振特性探测接收光学子***对准；
步骤二、开启偏振光发射光学子***中的超宽带可调谐激光器，超宽带可调谐激光器发射的激光光束依次经过衰减片、第一双凸透镜、起偏器及四分之一玻片后射出，得到偏振光，并射向海雾介质；
步骤三、偏振光从海雾介质出射后射向偏振特性探测接收光学子***；
步骤四、偏振特性探测接收光学子***接收从海雾介质出射的载有海雾信息的偏振光，所述载有海雾信息的偏振光依次经过半球透镜、缩束器、窄带滤光片、第二双凸透镜及偏振态测量仪后出射，进入偏振信息计算处理子***；
步骤五、偏振信息计算处理子***接收偏振特性探测接收光学子***出射的光束，进行偏振光模式识别与处理，获得偏振光经海雾环境传输后的偏振光信息；
步骤六、重复步骤一至步骤五，对不同海雾环境条件下的传输特性进行不同波段偏振特性测试，观察激光光束经过海雾环境传输后其偏振特性的变化情况，从而分析激光经过海雾环境下偏振特性的变化；
步骤七、开启红外偏振光产生子***中的黑体标准红外光源，黑体标准红外光源发射的红外光入射至金属线栅偏振片，经金属线栅偏振片出射后，得到红外偏振光，并射向步骤一所述的海雾介质；
步骤八、红外偏振光从海雾介质出射后射向红外偏振特性探测子***进行红外偏振成像；
且根据红外偏振光的波长情况，红外偏振特性探测子***采用短波红外偏振探测器、中波红外偏振探测器或长波红外偏振探测器；
步骤九、重复步骤七和步骤八，在一定视距内不同海雾环境下对目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性；
步骤十、结合步骤六和步骤九，得到复杂海雾环境下偏振光传输特性。
所述偏振光信息包括偏振光stokes矢量、偏振度及偏振角。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明建立的偏振光发射光学子***，可产生不同波长的偏振光束，经过穿透不同距离、不同能见度的海雾介质，由此可以探究不同波长的偏振光在不同试验参数条件下复杂海雾环境的偏振传输特性，试验条件可根据实际需求变化；本发明建立的偏振特性探测接收光学子***，可获得透过海雾介质的偏振光信息，如输出stokes矢量、偏振度、偏振角等参量，从而可分析偏振光在复杂海雾环境下的偏振传输特性；本发明构建的偏振特性探测接收光学子***，可通过更换不同波长的滤光片，来获取经过不同能见度的复杂海雾环境传输后对应不同波长滤光下的偏振信息。同时开展不同距离，不同海雾环境下对不同波长偏振光传输影响的被动传输试验，利用黑体标准红外光源与金属线栅偏振片产生不同波段的红外偏振光，采用红外偏振成像法，在一定视距内不同环境下对典型目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性。对其在不同环境条件下的传输特性进行偏振特性测试，对复杂海雾环境进行被动传输成像试验研究。以此实现主被动偏振传输特性互为补充验证，提高对试验结果分析的准确性及可靠性。为实现复杂海雾环境下的偏振信息传输及偏振目标探测能力提升奠定一定的理论和技术基础。
附图说明
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***中的偏振信息主动传输测试***组成示意图。
图2为本发明实施例中复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***的偏振信息被动传输测试***组成示意图一。
图3本发明实施例中复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***的偏振信息被动传输测试***组成示意图二。
图4本发明实施例中复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***的偏振信息被动传输测试***组成示意图三。
图中：1-偏振光发射光学子***；2-第一二维角度调整平台；3-偏振特性探测接收光学子***；4-第二二维角度调整平台；5-偏振信息计算处理子***；6-红外偏振光产生子***；7-红外偏振特性探测子***；8-超宽带可调谐激光器；9-衰减片；10-第一双凸透镜；11-起偏器；12-四分之一玻片；13-半球透镜；14-缩束器；15-窄带滤光片；16-第二双凸透镜；17-偏振态测量仪；18-黑体标准红外光源；19-金属线栅偏振片；20-短波红外偏振探测器；21-中波红外偏振探测器；22-长波红外偏振探测器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例、图1、图2、图3及图4对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
首先开展不同距离、不同海雾环境下对不同波长偏振光传输影响的主动传输试验，采用不同波长、不同类型的激光建立试验***，经过发射光学***进行准直、扩束后，利用偏光调制法将起偏器11及四分之一玻片12分别调制为线偏振光水平线偏或垂直线偏，圆偏振光左旋或右旋，产生不同波段的偏振光，经过海雾进行传输；在接收端用偏振态测量仪17进行检测，对其在不同环境条件下的传输特性进行不同波段偏振特性测试，观察激光经过海雾传输后其偏振特性的变化情况，从而分析激光经过海雾环境下偏振特性的变化。并同时开展不同距离，不同海雾环境下对不同波长偏振光传输影响的被动传输试验，利用黑体标准红外光源18与金属线栅偏振片19产生不同波段的红外偏振光，采用红外偏振成像法，在一定视距内不同环境下对典型目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性。对其在不同环境条件下的传输特性进行偏振特性测试，对复杂海雾环境进行被动传输成像试验研究。以此实现主被动偏振传输特性互为补充验证，提高对试验结果分析的准确性及可靠性。
复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***，其特征在于，该***包括偏振信息主动传输测试***和偏振信息被动传输测试***，
所述偏振信息主动传输测试***包括偏振光发射光学子***1、第一二维角度调整平台2、偏振特性探测接收光学子***3、第二二维角度调整平台4以及偏振信息计算处理子***5，所述偏振光发射光学子***1设置在第一二维角度调整平台2上；所述偏振特性探测接收光学子***3设置在第二二维角度调整平台4上，同时偏振特性探测接收光学子***3与偏振信息计算处理子***5电学连接；所述第一二维角度调整平台2和第二二维角度调整平台4用于控制偏振光发射光学子***1和偏振特性探测接收光学子***3间的对准，确保偏振光发射光学子***1发射的平行光束经过海雾介质后平行入射至偏振特性探测接收光学子***3；
其中，偏振光发射光学子***1包括超宽带可调谐激光器8、衰减片9、第一双凸透镜10、起偏器11及四分之一玻片12，超宽带可调谐激光器8、衰减片9、第一双凸透镜10、起偏器11及四分之一玻片12同光轴且沿着光的传播方向依次排列；超宽带可调谐激光器8用于发出不同模式的激光光束，超宽带可调谐激光器8采用俄罗斯Tekhnoscan公司-T&D-scan型号超宽带可调谐激光器；衰减片9采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的UV-NIR型号衰减片；第一双凸透镜10采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的#32-023型号双凸透镜；起偏器11采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的#54-204型号起偏器；四分之一玻片12采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的N-BK7型号四分之一玻片；
其中，偏振特性探测接收光学子***3包括半球透镜13、缩束器14、窄带滤光片15、第二双凸透镜16及偏振态测量仪17，半球透镜13、缩束器14、窄带滤光片15、第二双凸透镜16、偏振态测量仪17同光轴且沿着光的传播方向依次排列；半球透镜13采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的S-LAH79型号半球透镜；缩束器14采用立陶宛Optogama公司的VEX系列型号缩束器；窄带滤光片15采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的#46-547型号窄带滤光片；第二双凸透镜16采用爱特蒙特光学(深圳)有限公司的#32-023型号双凸透镜；偏振态测量仪17采用美国Thorlabs公司的PAX1000IR1型号偏振态测量仪；
所述偏振信息计算处理子***5包括计算机及计算机内与偏振态测量仪17相对应的软件操作***。
由超宽带可调谐激光器8发出的光束依次经过衰减片9、第一双凸透镜10、起偏器11、四分之一玻片12，完成起偏及偏振光模式控制；由偏振特性探测接收光学子***3接收的光束依次经过半球透镜13、缩束器14、窄带滤光片15、第二双凸透镜16、偏振态测量仪17，完成对接收偏振光束的检偏；通过偏振信息计算处理子***5对偏振信息进行模式识别与计算处理。
所述偏振信息被动传输测试***包括红外偏振光产生子***6及红外偏振特性探测子***7，红外偏振光产生子***6和红外偏振特性探测子***7分设在海雾介质两侧，红外偏振光产生子***6包括黑体标准红外光源18及金属线栅偏振片19，黑体标准红外光源18用于产生不同波段的红外光，金属线栅偏振片19与黑体标准红外光源18同光轴，且金属线栅偏振片19设置在黑体标准红外光源18的出射光路上；红外偏振特性探测子***7包括短波红外偏振探测器20、中波红外偏振探测器21及长波红外偏振探测器22，短波红外偏振探测器20、中波红外偏振探测器21及长波红外偏振探测器22用于对应接收红外偏振光产生子***6发出的不同波长红外偏振光，且相互之间独立。如红外偏振光产生子***6发出的短波段的红外偏振光，则采用短波红外偏振探测器20，详见图2；红外偏振光产生子***6发出的中波段的红外偏振光，则采用中波红外偏振探测器21，详见图3；红外偏振光产生子***6发出的中波段的红外偏振光，则采用长波红外偏振探测器22，详见图4；黑体标准红外光源18采用瑞士Axetris公司的EMIRS50型号黑体标准红外光源；金属线栅偏振片19采用美国Meadowlark optics公司的VLS-100-UV型号金属线栅偏振片；短波红外偏振探测器20采用比利时XenICs公司的Bobcat-640-GigE型号短波红外偏振探测器；中波红外偏振探测器21采用XenICs公司Tigris-640型号中波红外探测器；长波红外偏振探测器22采用XenICs公司Gobi-640-GigE型号长波红外偏振探测器。
复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法，其特征在于，该方法采用上述复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试***进行测试，具体包括如下步骤：
步骤一、调整第一二维角度调整平台2和第二二维角度调整平台4，使得偏振光发射光学子***1和偏振特性探测接收光学子***3对准；
步骤二、开启偏振光发射光学子***1中的超宽带可调谐激光器8，超宽带可调谐激光器8发射的激光光束依次经过衰减片9、第一双凸透镜10、起偏器11及四分之一玻片12完成起偏及偏振光模式控制，得到偏振光，四分之一玻片12射出的偏振光射向海雾介质；
步骤三、偏振光从海雾介质出射后射向偏振特性探测接收光学子***3；
步骤四、偏振特性探测接收光学子***3接收从海雾介质出射的载有海雾信息的偏振光，所述载有海雾信息的偏振光依次经过半球透镜13、缩束器14、窄带滤光片15、第二双凸透镜16及偏振态测量仪17完成对偏振光的接收、检偏，检偏后的偏振光进入偏振信息计算处理子***5；
步骤五、偏振信息计算处理子***5接收偏振特性探测接收光学子***3出射的光束，进行偏振光模式识别与处理，获得偏振光经海雾环境传输后的偏振光信息；所述偏振光信息包括偏振光stokes矢量、偏振度及偏振角；
步骤六、重复步骤一至步骤五，对不同海雾环境条件下的传输特性进行不同波段偏振特性测试，观察激光光束经过海雾环境传输后其偏振特性的变化情况，从而分析激光经过海雾环境下偏振特性的变化；
步骤七、开启红外偏振光产生子***6中的黑体标准红外光源18，黑体标准红外光源18发射的红外光入射至金属线栅偏振片19，经金属线栅偏振片19出射后，得到红外偏振光，并射向步骤一所述的海雾介质；
步骤八、红外偏振光从海雾介质出射后射向红外偏振特性探测子***7进行红外偏振成像；
且根据红外偏振光的波长情况，红外偏振特性探测子***7采用短波红外偏振探测器20、中波红外偏振探测器21或长波红外偏振探测器22；
步骤九、重复步骤七和步骤八，在一定视距内不同海雾环境下对目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性；对其在不同环境条件下的传输特性进行偏振特性测试，对复杂海雾环境进行被动传输成像试验研究；
步骤十、结合步骤六和步骤九，得到复杂海雾环境下偏振光传输特性。
Claims (2)
1.复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一、调整第一二维角度调整平台（2）和第二二维角度调整平台（4），使得偏振光发射光学子***（1）和偏振特性探测接收光学子***（3）对准；
步骤二、开启偏振光发射光学子***（1）中的超宽带可调谐激光器（8），超宽带可调谐激光器（8）发射的激光光束依次经过衰减片（9）、第一双凸透镜（10）、起偏器（11）及四分之一玻片（12）后射出，得到偏振光，并射向海雾介质；
步骤三、偏振光从海雾介质出射后射向偏振特性探测接收光学子***（3）；
步骤四、偏振特性探测接收光学子***（3）接收从海雾介质出射的载有海雾信息的偏振光，所述载有海雾信息的偏振光依次经过半球透镜（13）、缩束器（14）、窄带滤光片（15）、第二双凸透镜（16）及偏振态测量仪（17）后出射，进入偏振信息计算处理子***（5）；
步骤五、偏振信息计算处理子***（5）接收偏振特性探测接收光学子***（3）出射的光束，进行偏振光模式识别与处理，获得偏振光经海雾环境传输后的偏振光信息；
步骤六、重复步骤一至步骤五，对不同海雾环境条件下的传输特性进行不同波段偏振特性测试，观察激光光束经过海雾环境传输后其偏振特性的变化情况，从而分析激光经过海雾环境下偏振特性的变化；
步骤七、开启红外偏振光产生子***（6）中的黑体标准红外光源（18），黑体标准红外光源（18）发射的红外光入射至金属线栅偏振片（19），经金属线栅偏振片（19）出射后，得到红外偏振光，并射向步骤一所述的海雾介质；
步骤八、红外偏振光从海雾介质出射后射向红外偏振特性探测子***（7）进行红外偏振成像；
且根据红外偏振光的波长情况，红外偏振特性探测子***（7）采用短波红外偏振探测器（20）、中波红外偏振探测器（21）或长波红外偏振探测器（22）；
步骤九、重复步骤七和步骤八，在一定视距内不同海雾环境下对目标进行偏振成像，得到的结果对比零视距目标偏振成像，分析不同距离处目标红外偏振信息的传输特性；
步骤十、结合步骤六和步骤九，得到复杂海雾环境下偏振光传输特性。
2.根据权利要求1所述的复杂海雾环境下偏振光传输特性主被动测试方法，其特征在于：所述偏振光信息包括偏振光stokes矢量、偏振度及偏振角。
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