散射光场中偏振信息解译及成像

散射光场信息的获取和解译，尤其是散射光场中偏振信息的获取、传递和解译是近年来国内外研究的热点之一，其所携带的独立于强度、相位和频谱的独立特性，使其在诸多领域都具有极高的应用价值。本书首次系统地从散射光场中偏振特性的产生、传输和利用全链路地进行全面分析和描述，同时也分析了散射光场中偏振信息提取和利用时应考虑的主要影响因素。

“偏振成像探测技术学术丛书”序
前言
第1章绪论1
1.1光场的偏振特性1
1.2光场偏振成像的研究意义3
1.2.1透大气雾霾成像4
1.2.2水下成像5
1.2.3三维成像6
1.3小结7
参考文献8
第2章散射光场的偏振特性9
2.1什么是偏振9
2.1.1偏振光的物理意义9
2.1.2偏振光的数学表示13
2.2散射光的偏振特性18
2.2.1入射光对散射光偏振态的影响18
2.2.2光波长对后向散射光偏振态的影响20
2.3散射介质的偏振特性22
2.3.1液体介质散射的偏振特性22
2.3.2气溶胶散射的偏振特性25
2.4散斑的偏振特性29
2.4.1部分偏振散斑29
2.4.2利用散斑对比度追踪偏振旋转33
2.4.3基于随机偏振向量和的偏振散斑34
2.4.4照明散斑计算强度与偏振信息39
2.4.5计算散斑场的偏振特性40
2.4.6宽谱散斑场的偏振特性43
2.5散射偏振特性的应用49
2.6小结52
参考文献53
第3章偏振透雾霾成像55
3.1光波粒子散射原理55
3.1.1瑞利散射模型55
3.1.2米氏散射模型57
3.2大气偏振模式的形成61
3.3偏振透雾霾成像技术62
3.3.1偏振透雾霾成像模型62
3.3.2经典去雾算法64
3.4图像的多尺度分解69
3.5多尺度偏振成像透雾霾技术71
3.5.1多尺度偏振成像透雾霾算法描述71
3.5.2低频透雾霾算法研究72
3.5.3高频细节信息增强处理算法77
3.5.4多尺度偏振成像透雾霾成像78
3.6基于偏振角特征参量估算的偏振去雾技术83
3.6.1基于偏振角特征参量估算的偏振去雾算法描述83
3.6.2基于偏振角估算优化方法94
3.7基于可见光与近红外融合的偏振去雾方法研究96
3.7.1融合去雾方法简介97
3.7.2可见光与近红外融合的偏振去雾方法研究98
3.7.3偏振去雾实验研究101
3.8小结109
参考文献109
第4章水下光波的偏振特性111
4.1光波在水中的传输111
4.1.1水体对光的吸收作用111
4.1.2水体对光波的散射作用114
4.2偏振光的水中传输特性117
4.2.1自然水体中典型粒子对偏振光的影响120
4.2.2不同波长散射介质后向散射光偏振度特性122
4.3被动水下偏振成像126
4.3.1基于偏振信息的散射光去除技术126
4.3.2高保真图像复原技术130
4.4主动水下偏振成像技术135
4.4.1主动水下偏振成像模型135
4.4.2多尺度水下偏振成像方法138
4.4.3高浑浊度水体清晰化成像144
4.4.4基于偏振度特征参量估算的水下成像方法149
4.5基于图像相关性的偏振图像获取技术153
4.6基于目标结构和特征的水下偏振成像技术158
4.6.1基于深度学习的水下偏振成像技术158
4.6.2基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术163
4.7基于非均匀散射光场的水下偏振成像技术168
4.7.1非均匀散射光场中目标偏振特性分析模型168
4.7.2后向散射光偏振特性分析及其估计171
4.7.3基于独立成分分析的目标信息估计173
4.8小结179参考文献179
第5章基于缪勒矩阵的水下清晰化成像182
5.1传统水下偏振清晰成像的困境182
5.2缪勒矩阵及其应用183
5.2.1斯托克斯矢量和缪勒矩阵183
5.2.2缪勒矩阵的测量方法184
5.2.3缪勒矩阵的分解185
5.3缪勒矩阵与水下清晰成像192
5.3.1水下人造目标的退偏特性192
5.3.2基于缪勒矩阵的水下清晰成像方法概述193
5.4小结196
参考文献197
第6章针对透明目标的偏振三维成像199
6.1三维成像的特点199
6.2光滑目标反射光偏振特性与表面反射角200
6.2.1镜面反射光成分分析202
6.2.2漫反射光成分分析203
6.2.3目标反射光偏振特性205
6.3透明目标的偏振三维成像209
6.3.1透明目标的偏振三维成像基本原理209
6.3.2旋转测量法消除入射角不确定性210
6.3.3可见光、红外双波段测量方法212
6.3.4主动照明法消除入射面方位角不确定性215
6.3.5多视角观测方法消除入射面方位角不确定性217
6.3.6利用阴影恢复法消除入射面方位角不确定性219
6.4小结220
参考文献221
第7章基于漫反射的偏振三维成像223
7.1朗伯体目标的偏振三维成像原理223
7.1.1朗伯体目标反射光偏振特性223
7.1.2朗伯体目标反射光相位的求解方法224
7.1.3朗伯体目标表面反射角求解方法226
7.1.4朗伯体目标表面重建算法227
7.1.5融合粗糙深度信息的低纹理物体偏振三维重建方法229
7.1.6结合“粗深度图”的物体偏振三维重建方法233
7.2非理想朗伯体目标的偏振三维成像236
7.2.1基于散射信息校正的单目偏振三维成像236
7.2.2镜面反射漫反射分离方法238
7.3非均匀反射表面的近红外单目偏振三维成像244
7.3.1近红外波段三维偏振成像模型244
7.3.2三维重建结果与分析246
7.4复杂非理想朗伯体目标表面的偏振三维成像249
7.4.1卷积神经网络249
7.4.2偏振三维成像结果多值性问题校正与重建251
7.5小结253
参考文献254