[发明专利]基于偏振探测的灰霾粒子散射效应的测量方法

说明书

本发明基于偏振探测的灰霾粒子散射效应的测量方法，属于成像探测领域，包括主动偏振光发射器、灰霾环境室、偏振特性分析装置及计算机系统，主动偏振光发射器、灰霾环境室及偏振特性分析装置均与计算机系统连接，入射光束依次经过主动偏振光发射器、灰霾环境室及偏振特性分析装置后得到散射光，经计算机系统处理散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出经由非球形灰霾粒子散射后的偏振特性信息。与现有技术相比，本发明的方法可以实现对非球形灰霾粒子的模拟，可控制粒子形状，粒子能见度，可定性定量的研究灰霾粒子对偏振光传输特性的影响，实现非球型粒子散射效应测试，为雾霾环境偏振探测提供了更为可靠的理论依据。

技术领域

本发明属于成像探测领域，特别是涉及一种基于偏振探测的灰霾粒子散射效应的测量方法。

背景技术

由于城市的不断扩张与工业的急速发展，高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物，一旦排放超出了大气本身净化循环的能力与承受的范围，细颗粒粒子的浓度会不断增加积聚，再加上受到气压温度等气候环境影响，特别容易引起大范围雾霾天气，这种由灰尘与水相互包裹形成的灰霾粒子，降低了探测系统的精度，影响了成像系统对比度，

形成了低对比度环境。偏振成像相比于可见光成像增加了偏振维度信息，在低对比度环境下探测具有很大优势。因此，研究灰霾环境下的粒子偏振散射特性是十分必要的。

在灰霾粒子偏振散射特性测试方面，国外开展研究较早，美国进行了圆偏振光主动照射真实烟雾环境实验，结果表明能显著增加烟中的对比度达40％。以色列自上世纪末开始进行基于线偏振成像技术的去雾原理研究和实验，在十几年间陆续发表了多篇文章，其试验结果表明在薄雾的情况下，利用线偏振去雾可显著提高目标对比度达40％和探测距离20公里。美国和以色列联合进行了浑浊液体中的线偏振主动照射成像实验，实验结果表明，在中等散射条件下，线偏振主动照射可以增加目标对比度。通过以上研究可以看出，利用偏振特性进行成像探测可有效提升探测精度。

国内开展相对滞后，很多高校对浑浊介质中的偏振光传输特性做了数值仿真模拟与实验研究。北京师范大学对散射光偏振特性进行了分析，选取Intralipid溶液(山东鲁抗辰欣药业有限公司)生产作为散射介质，扫描电镜分析该溶液为球形散射颗粒。北京理工大学研究了532nm，650nm和780nm的后向散射光的偏振度特性，其散射粒子为理想球形的脂肪乳剂液。2015年长春理工大学针对非球形椭球粒子对单次散射特性影响开展了仿真计算，但缺少相关实验研究。目前只有球形粒子的多次散射问题能够进行计算，开展的实验也都是针对球形粒子的偏振散射特性研究，但是灰霾粒子是由空气中水汽包裹灰尘形成的，并非球形粒子，在假设为理想的均匀球型同性粒子的同时也忽略掉了真实散射介质的异常有用偏振信息，由于将散射介质粒子假设为均匀球型各项同性仅限于在理论上获得较高计算精度，与实际情况存在一定差异，使其在复杂环境下应用受限，若要将均匀球型同性的偏振传输理论应用于低对比度偏振成像，甚至扩展到烟尘、雾霾、扬沙等复杂环境，需要在保证偏振传输理论计算的准确性，消除假设为理想介质的弊端，即发挥了偏振成像探测的优势，又提升了其适应性。因此不能将灰霾粒子笼统的近似为球形进行数值模拟与实验研究，而且目前气溶胶发生器产生粒子形状均为球形，与真实灰霾环境存在很大差异，对定性定量的研究非球型灰霾粒子的偏振散射特性带来一定困难。

发明内容

为了获取灰霾粒子的偏振光散射特性，解决灰霾粒子造成的探测距离下降的问题，提高目标识别信息的正确率，本发明提出了一种基于偏振探测的灰霾粒子散射效应的测量方法，可以实现对非球形灰霾粒子模拟，可控制粒子形状，粒子能见度，可定性定量的研究灰霾粒子对偏振光传输特性的影响，为雾霾环境偏振探测提供了更为可靠的理论依据。