紅外偏振成像進(jìn)展*

趙永強(qiáng)，馬位民，李磊磊

(1. 西北工業(yè)大學(xué) 深圳研究院·深圳·518057；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院·哈爾濱·150028)

0 引 言

傳統(tǒng)的紅外成像探測(cè)系統(tǒng)主要是獲取所觀測(cè)場(chǎng)景的紅外熱輻射，利用目標(biāo)與背景的輻射強(qiáng)度差異，將目標(biāo)從背景中進(jìn)行區(qū)分,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別與跟蹤[1]。由于紅外探測(cè)技術(shù)隱蔽性好、成像距離遠(yuǎn)，并且能夠在一定程度上消除大氣的干擾，對(duì)于觀測(cè)遮蔽物下的目標(biāo)具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中強(qiáng)有力的偵查手段[2]。然而，隨著新型紅外偽裝涂料及相關(guān)紅外隱身設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)表面的熱輻射特征被極大地削弱，降低了目標(biāo)與背景的熱輻射差異；同時(shí)，誘餌、海雜波等大大削弱了目標(biāo)與背景的紅外輻射差異，使得應(yīng)用傳統(tǒng)的紅外探測(cè)手段很難有效地檢測(cè)目標(biāo)[1,3]。

傳統(tǒng)紅外探測(cè)技術(shù)僅僅獲取了目標(biāo)輻射的強(qiáng)度特征，僅為輻射偏振態(tài)的一個(gè)特例。目標(biāo)輻射的偏振態(tài)變化與其表面狀態(tài)和固有屬性密切相關(guān)，能提供遠(yuǎn)比強(qiáng)度特征更為豐富的信息。不同類型的目標(biāo)具有不同的偏振特性[3]。在紅外成像探測(cè)中，利用目標(biāo)輻射的偏振特征，能有效抑制背景雜波，提高目標(biāo)與背景的對(duì)比度，增加目標(biāo)物的信息量，有利于目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別，能夠提高熱像儀對(duì)溫差小或熱對(duì)比度低的目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別能力，可減少紅外偏振特性較弱的背景的干擾[4-5]。在相同的干擾條件下，紅外偏振成像系統(tǒng)的作用距離比傳統(tǒng)紅外強(qiáng)度成像系統(tǒng)的作用距離更大。在同一探測(cè)距離下，紅外偏振成像的探測(cè)效果更好[6]。

針對(duì)紅外偏振成像探測(cè)的研究盡管取得了不少成果[1-11]，但至今尚未形成成熟的理論框架，絕大部分研究工作都是針對(duì)特定的探測(cè)系統(tǒng)或特定的場(chǎng)景展開(kāi)的。隨著紅外偏振成像優(yōu)勢(shì)的逐漸體現(xiàn)，需要對(duì)如何利用輻射的偏振特征、在什么情況下利用輻射的偏振特征等方面給出相關(guān)的理論說(shuō)明。本文基于近年來(lái)的工作，結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新發(fā)展，在本論文的第二部分對(duì)紅外偏振成像系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和未來(lái)的發(fā)展方向給出了一些意見(jiàn)和建議。論文的第三部分，對(duì)于不同目標(biāo)的輻射偏振特性進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)分析，詳細(xì)分析了影響偏振探測(cè)性能的各種因素。論文的第四部分結(jié)合具體的應(yīng)用，分析了紅外偏振成像探測(cè)如何增強(qiáng)目標(biāo)的可探測(cè)性和探測(cè)距離，對(duì)在什么情況下應(yīng)利用輻射的偏振特征給出了建議。

1 紅外偏振探測(cè)機(jī)理

光波是橫波，其電矢量振動(dòng)面和傳播方向互相垂直，電矢量振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性為偏振(polarzation)。由菲涅爾反射定律可知，當(dāng)非偏振光從光滑表面反射時(shí)會(huì)產(chǎn)生部分偏振光[1]。由能量守恒定律和基爾霍夫定律可知，不透明物體的熱輻射同樣具有偏振性[4-7]，這也正是紅外偏振探測(cè)的理論依據(jù)。

在光學(xué)偏振探測(cè)領(lǐng)域，常采用Stokes矢量(S0,S1,S2,S3)來(lái)描述物體反射/輻射光的偏振態(tài)。其中，S0表示光的總強(qiáng)度，S1表示水平方向上線偏振光的強(qiáng)度，S2表示45度方向上線偏振光的強(qiáng)度，S3表示圓偏振光的強(qiáng)度[8-9]。檢偏器透光軸在方位角選取0o、45o、90o、135o時(shí)，能夠獲得對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值I0、I45、I90、I135，以及通過(guò)旋轉(zhuǎn)波片獲取左旋和右旋光的強(qiáng)度Ilc、Irc。利用這些信息，可以計(jì)算出目標(biāo)輻射的Stkoes參數(shù)

(1)

利用Stokes矢量可以計(jì)算得到目標(biāo)輻射的線偏振度(Degree of Linear Polarization, DoLP)、偏振相角(Angle of Polarization, AOP)

(2)

(3)

需要指出的是，大多數(shù)目標(biāo)和背景的圓偏振分量均很小，在紅外偏振成像探測(cè)系統(tǒng)中常取S3=0。

1.1 典型的紅外偏振成像技術(shù)

為了獲取目標(biāo)偏振信息量，目前已發(fā)展了多種偏振成像技術(shù)。根據(jù)獲取I0、I45、I90、I135圖像方式的差異，偏振成像技術(shù)大致可分為如下四類[11-13]：

(1)分時(shí)偏振成像裝置。通過(guò)機(jī)械旋轉(zhuǎn)偏振光學(xué)元件或電調(diào)諧液晶原件,實(shí)現(xiàn)檢偏器透光軸方位角的調(diào)節(jié)。機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式簡(jiǎn)單直接，但需采用運(yùn)動(dòng)部件，因而其體積、質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)能力限制了它的應(yīng)用。相比機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式，液晶原件的體積和質(zhì)量大大減小,但液晶對(duì)光的強(qiáng)衰減導(dǎo)致了其探測(cè)距離極其有限，圖像噪聲較大。同時(shí)，時(shí)序型的工作方式使其無(wú)法獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的偏振圖像，無(wú)法在運(yùn)動(dòng)載體上實(shí)現(xiàn)針對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)。

(2)分振幅型偏振成像裝置。采用分束器將入射光分為3路或4路，后接相應(yīng)個(gè)數(shù)的探測(cè)器。在各個(gè)探測(cè)器前加置不同透光軸方位角的檢偏器，實(shí)現(xiàn)偏振信息的同時(shí)獲取。系統(tǒng)采用多光路多探測(cè)器的方式工作，體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要復(fù)雜的校正和標(biāo)定程序。

(3)分孔徑型偏振成像裝置。利用微透鏡陣列將入射光分為4個(gè)部分，通過(guò)將1個(gè)探測(cè)器分為4個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)同一探測(cè)器接收，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算實(shí)現(xiàn)偏振成像。系統(tǒng)采用多光路單探測(cè)器方式工作，而不同檢偏器透光軸方位角對(duì)應(yīng)的圖像存在空間和視角差異，配準(zhǔn)、校正和標(biāo)定程序比較復(fù)雜。

(4)分焦平面型成像裝置。直接在探測(cè)器焦平面的每個(gè)像元前加入微型偏振片，每2×2像素范圍內(nèi)的4個(gè)不同透光軸方位角的微偏振單元構(gòu)成1個(gè)超像素，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)偏振探測(cè)。這種方式能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)偏振成像，確保每次測(cè)量均是在相同的光照和輻射條件下進(jìn)行，克服了分時(shí)偏振成像設(shè)備的缺點(diǎn)，具有實(shí)時(shí)性好、體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于快速變化目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤等。西北工業(yè)大學(xué)已研制出了長(zhǎng)波紅外分焦平面成像裝置，其在眾多機(jī)構(gòu)中得到了應(yīng)用。在該成像方式中，焦平面響應(yīng)的非線性和偏振片陣列的非一致性相互耦合，對(duì)于系統(tǒng)的校正提出了很高的要求。同時(shí)，每1個(gè)超像素中不同透光軸方位角的微偏振單元存在視場(chǎng)差異，其所產(chǎn)生的瞬時(shí)視場(chǎng)誤差很難被消除[14]。

1.2 仿生偏振視覺(jué)

在偏振成像過(guò)程中執(zhí)行的一次偏振濾波極大削弱了進(jìn)入探測(cè)器的能量，同時(shí)由于現(xiàn)有偏振成像技術(shù)的缺陷，使所獲得圖像在時(shí)間分辨率、空間分辨率、偏振分辨率、圖像的信噪比等方面存在不足，限制了紅外偏振成像探測(cè)技術(shù)進(jìn)一步的工程應(yīng)用。另一方面，目標(biāo)輻射的偏振特征與波長(zhǎng)密切相關(guān)，發(fā)展可同時(shí)獲取光譜和偏振信息的多光譜偏振成像儀對(duì)于進(jìn)一步提高目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別的性能而言具有很大的幫助作用，但這又給現(xiàn)有的偏振成像技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

近年來(lái),學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),很多生物具有偏振感知(Polarization Sensitivity)或偏振視覺(jué)(Polari-zation Vision)能力，典型的生物包括螳螂蝦、烏賊、水蠆、沙蟻、蜜蜂等[1，15-16]。偏振感知是指對(duì)視覺(jué)區(qū)域內(nèi)的一個(gè)物體或區(qū)域內(nèi)的偏振光敏感(如從水面上反射的光、水底環(huán)境的偏振光、大氣環(huán)境光等)，而偏振視覺(jué)是能夠區(qū)別光波的電場(chǎng)方向、進(jìn)而識(shí)別偏振百分比的能力，即能夠察覺(jué)到線偏振度。作為多種海洋和陸地生物特有的視覺(jué)特性，偏振視覺(jué)能夠有效地補(bǔ)充人類感知能力的缺陷，近年來(lái)得到了仿生學(xué)和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

大量的研究表明[16-17]，螳螂蝦、烏賊、水蠆等水生生物具有對(duì)環(huán)境中的偏振光敏感的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并能分析光的偏振特性。螳螂蝦以此來(lái)檢驗(yàn)和識(shí)別其所感興趣的目標(biāo)；陸地昆蟲(chóng)或遷徙鳥(niǎo)類能感知環(huán)境中偏振光的強(qiáng)度和方向的分布模式，并利用其來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。通過(guò)對(duì)螳螂蝦、水蠆等水生生物的復(fù)眼中的單眼視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其視網(wǎng)膜中的多個(gè)感桿束(Rhabdom)、網(wǎng)狀細(xì)胞(Retinular Cell)的光譜響應(yīng)特性范圍為300nm～700nm，帶寬范圍為30nm～60nm，同時(shí)不同類型的感桿束具有不同的偏振敏感特性，通過(guò)調(diào)節(jié)微絨毛可以感知任意振動(dòng)方向的偏振光。螳螂蝦、水蠆等水生生物的視神經(jīng)系統(tǒng)還具有特殊的偏振編碼能力，使得其能感知到高分辨率的多波段偏振信息[18-19]。水蠆的單眼組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水蠆的單眼組織結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Dobson monocular organizational structure

在生物多波段偏振視覺(jué)的啟示下，通過(guò)研究生物偏振視覺(jué)感知單元的結(jié)構(gòu)及信息處理機(jī)制并結(jié)合人類視覺(jué)感知的特點(diǎn)，研制新一代的多波段偏振成像設(shè)備已成為了重要的研究方向之一。西北工業(yè)大學(xué)首次在該領(lǐng)域做出了嘗試，并研制出了仿生多波段偏振視覺(jué)系統(tǒng)，如圖2所示。該系統(tǒng)在所獲取偏振圖像的空間分辨率、時(shí)間分辨率、偏振分辨率、視場(chǎng)角等方面均具有以上4種偏振成像方式所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)引入生物復(fù)眼光路和壓縮傳感技術(shù)，可以在降低數(shù)據(jù)率的同時(shí)大幅度提高探測(cè)視角、增強(qiáng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，以使得多波段偏振成像技術(shù)可被更好地應(yīng)用于高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。

圖2 仿生多波段偏振視覺(jué)系統(tǒng)Fig.2 Bionic multiband polarimetric vision system

2 目標(biāo)紅外偏振特性分析

目標(biāo)反射、輻射的偏振態(tài)與其表面狀態(tài)和固有理化屬性密切相關(guān)，不同類型的目標(biāo)具有不同的偏振特性。地球表面和大氣中的目標(biāo)，在輻射電磁波的過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生由目標(biāo)物本身構(gòu)成材料的理化特征、粗糙度、含水量等決定的偏振特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同材質(zhì)物體的熱輻射偏振特性存在較大差異。在自然環(huán)境中，地物的紅外偏振度一般小于1.5%，只有水體的偏振度較強(qiáng)，可達(dá)8%～10%。軍事目標(biāo)等人工目標(biāo)一般有較強(qiáng)的熱輻射偏振特性，如飛機(jī)坦克的偏振度達(dá)到了2%～7%。人工建筑的偏振度在1.5%以上[20-21]。這一特性表明，紅外偏振探測(cè)系統(tǒng)可在復(fù)雜自然景物背景中區(qū)分有用的信息，探測(cè)人造軍事目標(biāo)，以達(dá)到目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別的效果，有助于提高人類對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別的能力。

2.1 目標(biāo)紅外偏振特性分析

根據(jù)菲涅爾定律和基爾霍夫熱輻射定律，熱輻射也會(huì)表現(xiàn)出偏振效應(yīng)[7-8,10]。物質(zhì)紅外熱輻射在2個(gè)正交的偏振方向的理論表達(dá)式如下[10]

Ip(θ)=εp(n,θ)P(Tm,8,14)+ρp(n,θ)P(Tbgd,8,14)
Is(θ)=εs(n,θ)P(Tm,8,14)+ρs(n,θ)P(Tbgd,8,14)

(4)

IP(θ)和IS(θ)分別為從物體輻射來(lái)的在水平和垂直方向上的總能量，P(Tm,8,14)為物體輻射在8μm～14μm熱紅外波段的能量和，它與物體的自身溫度Tm有關(guān)。P(Tbdg,8,14)為物體反射的在這一波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的背景的輻射能量和。εS(n,θ)為水平方向的輻射率，εp(n,θ)為垂直方向的輻射率，ρS(n,θ)為水平方向的反射率，ρp(n,θ)為垂直方向的反射率。

針對(duì)紅外偏振的自發(fā)輻射，根據(jù)偏振度的定義，自發(fā)輻射的偏振度可以表示為

(5)

由基爾霍夫定律，在同一溫度下目標(biāo)的光譜發(fā)射率等于吸收率α(T,λ,φ)，即有

εp(T,λ,φ)=αp(T,λ,φ)

(6)

εs(T,λ,φ)=αs(T,λ,φ)

(7)

由能量守恒定律

αp(T,λ,φ)=1-ρp(φ,n,k)

(8)

αs(T,λ,φ)=1-ρs(φ,n,k)

(9)

可得偏振度為

(10)

其中，ρs(φ,n,k)、ρp(φ,n,k)分表代表s方向和p方向的菲涅爾反射系數(shù)。由菲涅爾公式[1]可知

(11)

(12)

(13)

(14)

其中，n和k為目標(biāo)的輻射率的實(shí)部和虛部，φ為輻射角。圖3所示分別為金屬鋁、玻璃的自發(fā)輻射在s方向和p方向的發(fā)射率ρs(φ,n,k)和ρp(φ,n,k)隨觀測(cè)角的變化曲線。

(a)鋁

(b)玻璃圖3 理想光滑表面自發(fā)輻射的發(fā)射率與觀測(cè)角的關(guān)系Fig.3 Relationship between emissivity and observation angle for ideal smooth surface

從圖3可以看出，金屬鋁和玻璃在s方向和p方向上的發(fā)射率存在差異，在兩個(gè)方向上光的振幅存在差異，這造成了紅外輻射的偏振效應(yīng)。在不同的觀測(cè)角下，紅外輻射的偏振度有所不同。在同一觀測(cè)角下，金屬鋁在s方向和p方向上的發(fā)射率的差異大于玻璃在s方向和p方向上的發(fā)射率的差異。因此，金屬鋁比玻璃的偏振度更大[22]。

2.2 影響目標(biāo)紅外偏振特性的因素

多年來(lái)，人們?cè)谄癯上裉綔y(cè)技術(shù)研究方面開(kāi)展了大量的理論和試驗(yàn)研究，取得了很大進(jìn)展。研究結(jié)果表明，目標(biāo)的反射輻射和自發(fā)輻射都含有偏振信息，其中觀測(cè)角、目標(biāo)表面粗糙度、目標(biāo)材料等對(duì)目標(biāo)偏振探測(cè)有很大影響。

(1)觀測(cè)角：Goldstein[23]、Wolff[24]、Gurton[25]等通過(guò)對(duì)不同物質(zhì)在各種條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，說(shuō)明了當(dāng)觀測(cè)角增加時(shí)，目標(biāo)的偏振度也會(huì)增加；當(dāng)反射率降低時(shí)，目標(biāo)的偏振度也會(huì)增加。圖4所示為鋁在紅外波段(波長(zhǎng)為3μm)時(shí)偏振度隨觀測(cè)角的變化曲線。

圖4 在波長(zhǎng)為3μm時(shí)金屬鋁和玻璃紅外輻射偏振度隨觀測(cè)角的變化 Fig.4 Relationship between emissivity and observation angle for aluminum on 3μm

(2)目標(biāo)材料：Jordan[26]等對(duì)不同粗糙度的鋁板和鈉鈣玻璃的紅外發(fā)射輻射偏振度做出了測(cè)量，結(jié)果表明兩種樣品的偏振度隨觀測(cè)角的增加而有所增加，隨樣品粗糙度的增加而迅速降低；同時(shí)，Jordan等也發(fā)現(xiàn)這兩種材料在相同條件下的偏振態(tài)也有很大差別。Gurton[25]等利用傅里葉變換紅外偏振光譜儀，測(cè)量了不同粗糙度表面的復(fù)折射率材料的熱紅外偏振參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同粗糙度的材料樣品的紅外光譜偏振度有所差異；隨著觀測(cè)角的增加，樣品的紅外光譜偏振度增大；不同材料的紅外偏振特性各不相同。圖4所示為金屬鋁和玻璃在紅外波段(波長(zhǎng)為3μm時(shí))偏振度隨觀測(cè)角變化的曲線[22]。

(3)目標(biāo)表面粗糙度：Wolff[24]對(duì)金屬和塑料的偏振特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，使用偏振成像的方法消除了背景的影響。研究發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)的表面粗糙度是決定目標(biāo)偏振特性的重要因素。Wolff指出，由粗糙度表面發(fā)射的是部分偏振輻射，其發(fā)射的偏振度也是較大的。在具有相同粗糙度的表面，不同材料的長(zhǎng)波紅外偏振特性各不相同。

(4)綜合因素：Zhao[1]等通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)研究，得出了絕緣體和金屬材料的偏振度和偏振相角隨觀測(cè)角的變化規(guī)律，同時(shí)通過(guò)圖像融合，有效地檢測(cè)出了目標(biāo)。

3 紅外偏振成像的應(yīng)用

3.1 偏振特征對(duì)提升探測(cè)性能的作用

相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果證明，偏振成像技術(shù)能夠有效抑制背景噪聲，提高目標(biāo)與背景的對(duì)比度，減小紅外偏振特性較弱背景的干擾，從而在雜亂的背景中增強(qiáng)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別效果[1]；針對(duì)小溫差或低熱對(duì)比度目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別，目標(biāo)與背景紅外偏振特性的差別將導(dǎo)致偏振對(duì)比度的明顯差異，利用紅外偏振成像技術(shù)能夠增加對(duì)物體的識(shí)別距離[4-6]。

3.2 紅外偏振成像應(yīng)用

根據(jù)已有的紅外偏振成像探測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)驗(yàn)分析可以獲悉，在如下三種情況下，應(yīng)用紅外偏振成像可大幅度提高所獲取圖像的信雜比/信背比，相關(guān)數(shù)據(jù)均由西北工業(yè)大學(xué)所研制的長(zhǎng)波紅外分焦平面成像裝置采集[22]，成像裝置如圖5所示。

圖5 分焦平面偏振成像系統(tǒng)Fig.5 DFP polarimetric imaging system

3.2.1 處于雜亂自然背景中的目標(biāo)檢測(cè)

自然背景(如草叢、樹(shù)木等)具有非常弱的偏振特性，而車及其他人造目標(biāo)通常具有較強(qiáng)的偏振特性。在無(wú)偏圖像中，對(duì)于樹(shù)木后面的車這個(gè)檢測(cè)目標(biāo)而言，由于其距離較遠(yuǎn)，目標(biāo)在圖中并不明顯。通過(guò)紅外偏振濾波能夠弱化自然背景的亮度，進(jìn)而凸顯出目標(biāo)。因此，對(duì)于處于雜亂背景中的目標(biāo)，利用偏振紅外成像技術(shù)能夠有效地提高信雜比，提高目標(biāo)檢測(cè)的可靠性[22]。

如圖6所示，在高溫天氣下，人和背景樹(shù)的溫度差異很小，處于樹(shù)林中的車在無(wú)偏紅外圖像圖6(a)中很難被辨別。但是，由于車與樹(shù)的熱輻射在偏振特性方面具有較大差異，通過(guò)紅外偏振成像圖6(b)可以有效地辨別出目標(biāo)。

3.2.2 水面目標(biāo)檢測(cè)

水面小目標(biāo)在紅外成像過(guò)程中，往往會(huì)受到水雜波的影響。同時(shí)，在紅外波段，太陽(yáng)耀光依然對(duì)水體的發(fā)射輻射有影響，而這種影響主要是在鏡面反射中體現(xiàn)的，進(jìn)而產(chǎn)生由水面特征決定的偏振光。偏振成像可以有效抑制水體雜波，準(zhǔn)確區(qū)分海天線。如圖7所示，由于雜波的影響及目標(biāo)與水體溫度相近，很難從無(wú)偏紅外圖像中判別出目標(biāo)。水體的紅外偏振特性與目標(biāo)的紅外偏振特性有很大的差異，體現(xiàn)在紅外偏振圖像中，表現(xiàn)為目標(biāo)與背景的信背比很高，目標(biāo)很容易被辨別。

(a) S0圖像

(b) 偏振偽彩色融合圖像圖6 處于自然背景中的目標(biāo)紅外偏振圖像Fig.6 Polarimetric infrared image for the target in clutter

(a) S0圖像

(b)偏振偽彩色融合圖像圖7 水面目標(biāo)的紅外偏振圖像Fig.7 Polarimetric infrared image for the target in water

3.2.3 道路檢測(cè)

在道路檢測(cè)過(guò)程中，道路周邊的草叢、樹(shù)木等自然場(chǎng)景具有非常弱的偏振特性，但是道路為人造目標(biāo)，其表面光滑平整，表現(xiàn)出了很強(qiáng)的偏振特性。利用不同物體對(duì)輻射偏振特征影響的差別，可以凸顯出偏振特性明顯的目標(biāo)。如圖8所示，由于道路周邊環(huán)境的影響及道路與路邊草叢溫度接近，從圖8(a)紅外強(qiáng)度圖像中很難區(qū)分出道路與周圍草叢。但是，草叢的紅外偏振特性與道路的紅外偏振特性存在很大差異，通過(guò)圖8(b)的紅外偏振圖像，可以很容易辨別出道路。

(a) S0圖像

(b)偏振偽彩色融合圖像圖8 道路的紅外偏振圖像Fig.8 Polarimetric infrared image for the target in road

4 結(jié) 論

作為一種新型的光電探測(cè)技術(shù)，紅外偏振成像探測(cè)在軍事和民用領(lǐng)域中均展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，受到了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和有關(guān)部門的高度關(guān)注。本文對(duì)近幾年紅外偏振成像探測(cè)技術(shù)的理論、系統(tǒng)、應(yīng)用等方面進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真和實(shí)際拍攝的紅外偏振圖像對(duì)紅外偏振成像探測(cè)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向、存在問(wèn)題和解決思路給出了系統(tǒng)的綜述。盡管紅外偏振成像技術(shù)已被成功應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，但其目前在理論上尚未形成統(tǒng)一的框架，而在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中則缺乏有效的指導(dǎo)原則。