机载海洋环境监测光谱偏振实时成像系统研究

论文摘要

随着海洋经济的快速发展,对海洋环境的破坏日益严重,赤潮、溢油作为典型的海洋灾害受到关注,因此世界各国都在大力发展海洋光电监测技术。光学探测作为一种海洋目标探测的主要技术手段,具有信息维度丰富,分辨能力强,效率高的优势,受到人们的广泛关注,但海洋探测存在海雾、耀斑、复杂光照等影响严重的难题,严重影响了探测效果。传统的海洋光电探测主要采用可见光强度探测,微光探测等技术,无法克服海洋环境影响。因此,亟需研究新型探测技术,解决上述难题。光谱偏振成像技术将光谱成像技术与偏振成像技术有机融合,作为一种最近兴起的光学探测成像技术,相比于传统强度探测手段,具有提高对比度,增加作用距离的优势,且大大提高了遥感获取的信息量,可大幅提高海面目标探测能力。据此,本文通过对光谱偏振成像技术的研究,提出了机载海洋环境监测光谱偏振实时成像光学系统的总体设计方案,完成了该系统的光学设计,并对系统的成像效果进行了像质评价,开展仿真分析。首先,分析国内外光谱偏振成像技术的发展现状,根据光谱偏振成像应用的不同领域,以及其所能达到的指标,对比不同光谱偏振成像仪的优缺点。其次,从光谱成像及偏振成像的基本理论与技术出发,根据成像方式的不同,分别研究了几种典型光谱仪的工作原理和几种偏振探测的工作方式,并进行对比分析,找出问题,有针对性的开展研究。而后,深入研究基于傅里叶变换方法的斯托克斯光谱解调和复原的原理及实现方法,重点开展斯托克斯光谱的重建、光谱偏振模块调制校准等关键技术研究,开展仿真分析,验证理论、方法的可行性和正确性。最后,针对赤潮、溢油等典型海洋目标监测需求,通过分析光谱分辨率、观测视场角、探测幅宽等参数,确定了光谱偏振成像光学系统技术指标,提出机载光谱偏振实时成像光学系统的总体设计方案。采用双Wollaston棱镜的偏振分光方式,设计了含有双Wollaston棱镜的光谱偏振实时成像光学系统,并开展了仿真分析。分析结果表明,系统成像质量优良,可满足海洋目标探测需求,在海洋环境监测领域具有重要的研究与应用价值。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题研究背景及目的和意义

1.2 光谱偏振成像发展现状

1.2.1 光谱偏振成像系统国外研究动态

1.2.2 光谱偏振成像系统国内研究动态

1.3 论文的主要内容

第2章光谱偏振成像技术研究

2.1 光谱成像原理

2.1.1 旋转滤光片型光谱仪

2.1.2 线性渐变滤光片型光谱仪

2.1.3 衍射光栅型光谱仪

2.1.4 棱镜型色散光谱仪

2.1.5 傅里叶变换型光谱仪

2.2 偏振成像原理

2.2.1 偏振成像基本原理

2.2.2 偏振探测技术

2.3 光谱偏振成像原理

2.4 本章小结

第3章光谱偏振实时成像系统理论分析

3.1 斯托克斯光谱调制理论

3.2 斯托克斯光谱复原

3.2.1 斯托克斯光谱重建

3.2.2 光谱偏振调制模块的校准方法

3.3 斯托克斯光谱复原仿真分析

3.4 本章小结

第4章机载光谱偏振实时成像光学系统设计

4.1 系统总体方案设计

4.1.1 系统组成

4.1.2 指标参数设计

4.2 光学系统选型

4.2.1 前置望远光学系统选型

4.2.2 后置光谱偏振分光方式的选择

4.3 光学系统设计

4.3.1 前置望远光学系统设计

4.3.2 后置光谱偏振分光系统设计

4.3.3 系统仿真分析

4.3.4 系统公差分析

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

附录攻读学位期间论文与学术成果清单

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 段云

导师: 李英超

关键词: 光谱成像,偏振成像,位相延迟,光谱偏振复原,棱镜,光学设计

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,海洋学

单位: 长春理工大学

分类号: O433;P714

总页数: 67

文件大小: 2577K

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