[發(fā)明專利]基于偏振探測的灰霾粒子散射效應的測量方法

有效

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• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107340207B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 戰(zhàn)俊彤;張肅;付強;段錦;李英超;姜會林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所 22206
• 代理人: 李曉莉

本發(fā)明基于偏振探測的灰霾粒子散射效應的測量方法，屬于成像探測領域，包括主動偏振光發(fā)射器、灰霾環(huán)境室、偏振特性分析裝置及計算機系統(tǒng)，主動偏振光發(fā)射器、灰霾環(huán)境室及偏振特性分析裝置均與計算機系統(tǒng)連接，入射光束依次經過主動偏振光發(fā)射器、灰霾環(huán)境室及偏振特性分析裝置后得到散射光，經計算機系統(tǒng)處理散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出經由非球形灰霾粒子散射后的偏振特性信息。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)對非球形灰霾粒子的模擬，可控制粒子形狀，粒子能見度，可定性定量的研究灰霾粒子對偏振光傳輸特性的影響，實現(xiàn)非球型粒子散射效應測試，為霧霾環(huán)境偏振探測提供了更為可靠的理論依據(jù)。

技術領域

本發(fā)明屬于成像探測領域，特別是涉及一種基于偏振探測的灰霾粒子散射效應的測量方法。

背景技術

由于城市的不斷擴張與工業(yè)的急速發(fā)展，高密度人口的經濟及社會活動必然會排放大量細顆粒物，一旦排放超出了大氣本身凈化循環(huán)的能力與承受的范圍，細顆粒粒子的濃度會不斷增加積聚，再加上受到氣壓溫度等氣候環(huán)境影響，特別容易引起大范圍霧霾天氣，這種由灰塵與水相互包裹形成的灰霾粒子，降低了探測系統(tǒng)的精度，影響了成像系統(tǒng)對比度，

形成了低對比度環(huán)境。偏振成像相比于可見光成像增加了偏振維度信息，在低對比度環(huán)境下探測具有很大優(yōu)勢。因此，研究灰霾環(huán)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測試方面，國外開展研究較早，美國進行了圓偏振光主動照射真實煙霧環(huán)境實驗，結果表明能顯著增加煙中的對比度達40％。以色列自上世紀末開始進行基于線偏振成像技術的去霧原理研究和實驗，在十幾年間陸續(xù)發(fā)表了多篇文章，其試驗結果表明在薄霧的情況下，利用線偏振去霧可顯著提高目標對比度達40％和探測距離20公里。美國和以色列聯(lián)合進行了渾濁液體中的線偏振主動照射成像實驗，實驗結果表明，在中等散射條件下，線偏振主動照射可以增加目標對比度。通過以上研究可以看出，利用偏振特性進行成像探測可有效提升探測精度。

國內開展相對滯后，很多高校對渾濁介質中的偏振光傳輸特性做了數(shù)值仿真模擬與實驗研究。北京師范大學對散射光偏振特性進行了分析，選取Intralipid溶液(山東魯抗辰欣藥業(yè)有限公司)生產作為散射介質，掃描電鏡分析該溶液為球形散射顆粒。北京理工大學研究了532nm，650nm和780nm的后向散射光的偏振度特性，其散射粒子為理想球形的脂肪乳劑液。2015年長春理工大學針對非球形橢球粒子對單次散射特性影響開展了仿真計算，但缺少相關實驗研究。目前只有球形粒子的多次散射問題能夠進行計算，開展的實驗也都是針對球形粒子的偏振散射特性研究，但是灰霾粒子是由空氣中水汽包裹灰塵形成的，并非球形粒子，在假設為理想的均勻球型同性粒子的同時也忽略掉了真實散射介質的異常有用偏振信息，由于將散射介質粒子假設為均勻球型各項同性僅限于在理論上獲得較高計算精度，與實際情況存在一定差異，使其在復雜環(huán)境下應用受限，若要將均勻球型同性的偏振傳輸理論應用于低對比度偏振成像，甚至擴展到煙塵、霧霾、揚沙等復雜環(huán)境，需要在保證偏振傳輸理論計算的準確性，消除假設為理想介質的弊端，即發(fā)揮了偏振成像探測的優(yōu)勢，又提升了其適應性。因此不能將灰霾粒子籠統(tǒng)的近似為球形進行數(shù)值模擬與實驗研究，而且目前氣溶膠發(fā)生器產生粒子形狀均為球形，與真實灰霾環(huán)境存在很大差異，對定性定量的研究非球型灰霾粒子的偏振散射特性帶來一定困難。

發(fā)明內容

為了獲取灰霾粒子的偏振光散射特性，解決灰霾粒子造成的探測距離下降的問題，提高目標識別信息的正確率，本發(fā)明提出了一種基于偏振探測的灰霾粒子散射效應的測量方法，可以實現(xiàn)對非球形灰霾粒子模擬，可控制粒子形狀，粒子能見度，可定性定量的研究灰霾粒子對偏振光傳輸特性的影響，為霧霾環(huán)境偏振探測提供了更為可靠的理論依據(jù)。