多角度偏振成像仪数据校正方法对比与评价

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作者 王羿 孟炳寰 +3 位作者 叶晨 骆冬根 姚萍萍 洪津 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第10期3307-3312,共6页

多角度偏振成像仪(DPC)在数据校正过程主要包括本底校正和帧转移校正2部分。光电探测器的图像采集是一个随机抽样的过程,数据校正过程需对抽样结果进行运算,从而引入噪声。结合DPC数据校正过程,主要研究本底校正和帧转移效应校正对信噪... 多角度偏振成像仪(DPC)在数据校正过程主要包括本底校正和帧转移校正2部分。光电探测器的图像采集是一个随机抽样的过程,数据校正过程需对抽样结果进行运算,从而引入噪声。结合DPC数据校正过程,主要研究本底校正和帧转移效应校正对信噪比(SNR)的影响,分析2种帧转移效应校正方法的情况,分别对SNR进行建模和仿真,并用大气环境监测卫星DPC实测数据进行验证。结果表明:本底校正和帧转移效应校正均会使噪声增加,降低SNR;本底校正时应选择大于5帧本底探测数据;2种帧转移效应校正方法相比,列总量比例法优于暗行法,最大可以使SNR增加15.8。 展开更多

关键词 多角度偏振成像仪 数据校正 信噪比 帧转移效应 电荷耦合器件

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多通道型偏振成像仪的偏振定标 被引量：17

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作者 杨斌 颜昌翔 +1 位作者 张军强 鞠学平 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1126-1134,共9页

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应... 为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。 展开更多

关键词 偏振定标 偏振成像仪 多通道 穆勒矩阵 偏振效应

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多角度偏振成像仪探测器非均匀性校正研究 被引量：8

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作者 涂碧海 姚萍萍 +3 位作者 孟炳寰 翁建文 黄禅 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期133-142,共10页

像面非均匀性与镜头、探测器组件、空间杂散光、温漂等多种因素相关,单一方法无法有效区分误差源,需逐一校正,针对偏振成像仪通过积分时间调整的在轨工作模式,研究基于多参量校正补偿的探测器非均匀性校正方法.通过探测器综合测试设备,... 像面非均匀性与镜头、探测器组件、空间杂散光、温漂等多种因素相关,单一方法无法有效区分误差源,需逐一校正,针对偏振成像仪通过积分时间调整的在轨工作模式,研究基于多参量校正补偿的探测器非均匀性校正方法.通过探测器综合测试设备,获取温度、暗电流、曝光时间、光谱响应率等敏感因素数据,经过暗电流、帧转移效应、温度补偿和环境参量的校正,对探测器非均匀性进行多点法校正,消除了像面低频不均衡响应差异和邻域高频差异.实验表明,95%满阱单帧数据像元响应不一致性由1.141%降至0.513%,校正后数据噪声表现为散粒噪声,校正后有良好的动态范围调节能力和线性度,基于多参量的非均匀性校正方法为仪器的定标校正和在轨快速计算提供了数据支撑,为后续偏振遥感仪器提供有效参考. 展开更多

关键词 偏振成像仪 电荷耦合器件 多参量校正法 成像非均匀性 曝光时间

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基于云偏振的偏振成像仪参量检验方法 被引量：4

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作者 涂碧海 姚萍萍 +4 位作者 李树 提汝芳 孟炳寰 黄禅 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期223-232,共10页

依据云偏振辐射传输仿真结果,选取具有偏振虹特性的水云作为实验目标,对关键偏振参量的空间环境适应性进行检验。针对偏振成像仪宽幅成像特点,通过云相态识别大面积水云,使用水云不同检偏方向的测量数据,根据仪器偏振辐射模型,对相对透... 依据云偏振辐射传输仿真结果,选取具有偏振虹特性的水云作为实验目标,对关键偏振参量的空间环境适应性进行检验。针对偏振成像仪宽幅成像特点,通过云相态识别大面积水云,使用水云不同检偏方向的测量数据,根据仪器偏振辐射模型,对相对透过率、起偏度参量进行检验。计算结果表明:相对透过率变化小于0.2%,光学镜头起偏度变化小于0.01,仪器状态稳定,同时验证了偏振成像仪通过云偏振特性对云相态的辨识能力。检验方法及结果可为偏振成像仪在轨检测、定标提供依据,为使用多角度偏振数据的云反演应用提供参考。 展开更多

关键词 测量 偏振成像仪 云偏振 云相态 相对透过率

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大视场偏振成像仪的相对辐射校正研究 被引量：4

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作者 涂碧海 姚萍萍 +4 位作者 韦玮 提汝芳 孟炳寰 黄禅 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期103-112,共10页

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测... 设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法,满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明,单点相对辐射响应差异均小于4%,相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。 展开更多

关键词 大视场偏振成像仪 多角度观测 相对辐射校正 非均匀性 在轨检验

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多角度偏振成像仪鬼像校正方法 被引量：7

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作者 张苗苗 孟炳寰 +1 位作者 韩琳 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期29-37,共9页

根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全... 根据多角度偏振成像仪光学系统特点,分析了仪器的鬼像分布特性,结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面,并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上,利用鬼像畸变与视场的关系,采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变,并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比,建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正,结果表明,此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光. 展开更多

关键词 成像系统 多角度偏振成像仪 鬼像校正模型 鬼像位置 能量占比

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多角度偏振成像仪在轨图像配准及性能评估 被引量：8

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作者 向光峰 黄禅 +4 位作者 孟炳寰 李双 韩琳 涂碧海 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期133-144,共12页

高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法.系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误... 高精度的图像配准是保证多角度偏振成像仪在轨数据有效性的关键.介绍了多角度偏振成像仪基于光楔的偏振图像配准方法和基于地球参考网格的多角度、多光谱图像配准方法.系统地分析了影响多角度偏振成像仪多角度、多光谱图像配准性能的误差,并提出通过相对几何定标提高多角度、多光谱图像配准性能.对比误差校正前后多角度偏振成像仪的多角度、多光谱图像配准性能,证明所提方法有效地提高了多角度、多光谱图像配准精度.多角度偏振成像仪在轨多角度、多光谱和偏振图像配准精度分别优于0.26 pixel、0.14 pixel和0.1 pixel. 展开更多

关键词 图像配准 在轨几何定标 多角度偏振成像仪 偏振探测 高分五号卫星

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陆地生态系统碳监测卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶反演 被引量：4

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作者 谢一凇 范兰兰 +10 位作者 李正强 洪津 林军 郑杨 董鉴韬 伽丽丽 马䶮 张罗 王羿 涂碧海 朱梦瑶 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第6期125-134,共10页

细粒子气溶胶光学厚度是大气环境监测、气候变化评估所需的关键参数。对2022年8月发射的陆地生态系统碳监测卫星(CM-1)上搭载的多角度偏振成像仪(DPC)进行了较为系统的介绍。DPC/CM-1的主要改进是星下点空间分辨率从3.3 km提升到2.4 km... 细粒子气溶胶光学厚度是大气环境监测、气候变化评估所需的关键参数。对2022年8月发射的陆地生态系统碳监测卫星(CM-1)上搭载的多角度偏振成像仪(DPC)进行了较为系统的介绍。DPC/CM-1的主要改进是星下点空间分辨率从3.3 km提升到2.4 km。针对DPC/CM-1载荷及数据特点,发展了基于偏振与光谱特征和空间纹理特征的云检测方法,同时耦合了多角度信息实现较严格的云像元判识。该方法对于沙漠、植被、丘陵,以及海表耀光及非耀光区域等不同下垫面,均有较好的检测效果。发展了基于改进气溶胶模型的细粒子气溶胶光学厚度(FAOD)反演算法,利用全球地基气溶胶观测网(AERONET)数据对FAOD反演结果进行了验证,拟合直线斜率达到0.95以上,且有接近73%的数据分布于期望误差以内,说明了反演算法的可靠性。FAOD反演结果清晰显示出全球FAOD空间分布特征,其中,印度、非洲中部等地区受人口分布、工/农业排放、生物质燃烧等影响,FAOD高值达到0.7~0.9。DPC/CM-1在轨测试期间的初步反演结果表明其在大气环境监测、污染传输分析等方面的潜力,能够提供更精细尺度的大气参数反演结果。 展开更多

关键词 陆地生态系统碳监测卫星 多角度偏振成像仪 卫星遥感 细粒子气溶胶光学厚度 云检测 在轨测试

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基于多角度偏振成像仪数据的测试光源变化提取方法研究

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作者 叶晨 骆冬根 +6 位作者 李怡心 姚萍萍 王羿 向光峰 李扬 李双 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期157-166,共10页

以卤钨灯积分球光源作为辐射源、用宽谱段陷阱探测器同步监测的传统稳定性参数测试方法存在光谱带宽不匹配、数据对齐困难等问题,导致测量准确性不能保证。因此提出用多角度偏振成像仪自身的图像数据替代陷阱探测器监测数据的方案,对多... 以卤钨灯积分球光源作为辐射源、用宽谱段陷阱探测器同步监测的传统稳定性参数测试方法存在光谱带宽不匹配、数据对齐困难等问题,导致测量准确性不能保证。因此提出用多角度偏振成像仪自身的图像数据替代陷阱探测器监测数据的方案,对多角度偏振成像仪12个通道数据分别进行小波分解,提取出各波段的光源能量变化用于稳定性测量数据校正,有效去除光源稳定性影响,提升仪器稳定度参数测量准确性。用该方案扣除光源波动后,载荷的非稳定性参数结果从0.153%减小至0.031%。提取出的同一波段三检偏方向光源辐射能量变化趋势高度一致,对多帧图像法信噪比计算结果提升更明显,有力证明方案的有效性。该方案可用于各类成像型遥感仪器的稳定性参数测试。 展开更多

关键词 多角度偏振成像仪 光电性能测试 小波分解 稳定性 陷阱探测器 信噪比

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偏振成像技术的进展 被引量：16

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作者 赵劲松 《红外技术》 CSCD 北大核心 2013年第12期743-750,772,共9页

介绍了截至2013年偏振成像技术的研究进展。总结了偏振成像技术的主要研究内容。分别介绍了偏振成像技术方案分类,红外偏振成像仪和偏振焦平面探测器,偏振成像试验,以及偏振光线追迹的最新研究进展。

关键词 偏振成像技术 偏振成像仪 偏振焦平面 偏振光线追迹

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星载偏振相机模拟前端单粒子锁定及损伤机理 被引量：1

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作者 姚萍萍 涂碧海 +5 位作者 邹征宇 许智龙 张爱文 孙亮 骆冬根 洪津 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期382-390,共9页

单粒子锁定效应容易引起星载遥感仪器产生故障。针对空间高能粒子辐射环境诱发的偏振遥感相机性能退化问题,利用高能重离子和皮秒脉冲激光对星载偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器开展了试验研究,获得了此类器件的单粒子锁定特点,为... 单粒子锁定效应容易引起星载遥感仪器产生故障。针对空间高能粒子辐射环境诱发的偏振遥感相机性能退化问题,利用高能重离子和皮秒脉冲激光对星载偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器开展了试验研究,获得了此类器件的单粒子锁定特点,为工程设计及试验评估提供了参考。试验结果显示:偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器对重离子诱发的单粒子锁定比较敏感,单粒子锁定LET阈值处于4.4~13.4 MeV·cm^(2)·mg^(-1)之间。针对模拟前端芯片LET阈值偏低的问题,提出了一种模拟供电端和数字供电端串联大功率防闩锁限流电阻和在轨定时开关机的设计方法。试验结果表明,该方法可有效避免器件单粒子锁定造成的器件过流烧毁及仪器失效等故障。研究结果可为星载偏振相机用模拟前端信号处理器抗辐射加固设计和单粒子地面模拟实验方法的建立提供技术基础与保障。 展开更多

关键词 偏振成像仪 高能粒子 脉冲激光 单粒子锁定 模拟前端

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敦煌辐射校正场反射辐射偏振特性研究

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作者 丁满超 翟文超 +3 位作者 张权 韦玮 李新 郑小兵 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期536-544,共9页

卫星遥感器辐射校正场的地表反射辐射测量(例如地表反射率、地表辐亮度等)对卫星遥感器的在轨定标至关重要。由于地物光谱仪自身具有一定的偏振敏感性,场地反射辐射的偏振特性将会引入偏振测量误差。采用基于偏振成像仪和塔吊的非定点... 卫星遥感器辐射校正场的地表反射辐射测量(例如地表反射率、地表辐亮度等)对卫星遥感器的在轨定标至关重要。由于地物光谱仪自身具有一定的偏振敏感性,场地反射辐射的偏振特性将会引入偏振测量误差。采用基于偏振成像仪和塔吊的非定点测量方式以及基于偏振光谱仪和BRDF测量架的定点测量方式,测量了敦煌场490nm和670nm波段场地反射辐射的多角度偏振分布和局地偏振均匀性。试验结果表明,敦煌辐射校正场的反射辐射具有一定的偏振特性。偏振特性和波段有关,490nm波段偏振度明显大于670nm波段。490nm和670nm波段的多角度偏振分布关于太阳主平面对称。在太阳主平面内,前向散射区偏振度大于后向散射区,并随天顶角变大而变大。两种测量方式获得了一致的偏振特性分布规律。获得了直径100m区域的场地反射辐射局部均匀性,均匀性在6%左右。研究场地反射辐射的偏振特性对于场地辐射探测方案的改进以及辐射测量精度的提高具有重要意义。 展开更多

关键词 偏振 偏振光谱仪 偏振成像仪 敦煌辐射校正场 反射辐射

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结合主被动卫星遥感数据综合分析云相态分布特征

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作者 范兰兰 杜晓铮 +2 位作者 林军 涂碧海 胡建波 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第5期65-78,共14页

云相态的准确识别是深入探究云的光学和物理特征参数的基础,其准确性直接影响云光学厚度及有效粒子半径的反演精度。大气环境监测卫星搭载的多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)和大气探测激光雷达(Aerosol and Carb... 云相态的准确识别是深入探究云的光学和物理特征参数的基础,其准确性直接影响云光学厚度及有效粒子半径的反演精度。大气环境监测卫星搭载的多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)和大气探测激光雷达(Aerosol and Carbon Detection Lidar,ACDL)均具备有效识别水云和冰云的能力。为探究主被动卫星遥感数据云相态识别的应用,文章分别基于主动传感器ACDL回波信号的退偏特征,以及被动传感器DPC获取的云粒子偏振散射特征,开展云相态识别算法研究。以2024年7月的第3号台风“格美”为研究对象,将两种算法应用于台风过程中的云相态识别,并与可见光红外成像辐射仪(Visible Infrared Imaging Radiometer,VIIRS)云相态产品进行对比。结果显示,DPC和VIIRS对云相态的识别一致性高达85.3%。ACDL对单层云和多层云识别效果良好,能够识别台风“格美”的云相态的垂直的结构。综上所述,DPC.载荷具备高效的全球覆盖能力,可获取云顶相态的全面情况;而ACDL载荷可以提供高精确、高分辨率的垂直云相态信息。主被动联合观测显著提升了云相态识别的准确性和完整性,为台风的演化发展提供了重要的科学依据。 展开更多

关键词 云相态识别 多角度偏振成像仪 大气探测激光雷达 主被动联合观测 大气探测技术

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帧转移型面阵CCD相机拖尾评价标准和校正方法 被引量：6

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作者 李扬 骆冬根 +5 位作者 孙亮 李双 姚萍萍 向光峰 方璐璐 洪津 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期135-149,共15页

为了有效校正装配帧转移型面阵CCD的星载偏振相机成像时产生的拖尾,开展拖尾程度评价标准和校正方法的研究。基于装配转移型面阵CCD的多角度偏振成像仪工作原理,分析了拖尾的产生机制和暗行法校正模型的特点,建立了多角度偏振成像仪拍... 为了有效校正装配帧转移型面阵CCD的星载偏振相机成像时产生的拖尾,开展拖尾程度评价标准和校正方法的研究。基于装配转移型面阵CCD的多角度偏振成像仪工作原理,分析了拖尾的产生机制和暗行法校正模型的特点,建立了多角度偏振成像仪拍摄积分球的拖尾仿真模型。结合仿真模型提出用拖尾区域的灰度标准差和平均梯度作为图像拖尾程度的评价标准,并用多角度偏振成像仪进行了实验验证。根据评价标准提出了校正拖尾寻优算法,实验结果表明,该算法能够自适应找出当前实验环境下校正拖尾所需的最合适暗行数量,多角度偏振成像仪各通道校正后图像拖尾的灰度标准差百分比降幅为50.3%~89.9%,平均梯度百分比降幅为65.2%~74.0%。 展开更多

关键词 帧转移型面阵CCD 多角度偏振成像仪 暗行法 拖尾 评价标准 寻优算法

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