成像光谱偏振技术

本书介绍了当前国际上新兴的多学科交叉前沿领域“成像光谱偏振技术”的产生、近期新研究动态和未来发展趋势。系统论述了成像光谱偏振技术的基础理论、物理模型、创新性原理与新型技术方案。展现高分辨率成像、光谱、偏振多维度信息一体化同时探测模式、特点与图像数据处理方法。拓展、深化高分辨率遥感的准确定量化与应用。结合科研和工程应用，给出了时空联合调制型干涉成像光谱仪、新型静态成像光谱偏振仪、风成像干涉仪等优选仪器原理、样机设计与研制、系统定标及数据定量化处理展示了模拟星载和机载探测实验的结果与结论。并对干涉成像技术遥感探测大气风场、温度、成分等新原理、新技术和重要应用进行了全面论述与深入讨论。本书适用于物理学、天文学、化学、生物学、地球物理学、光学工程、大气海洋和仪器科学等相关专业的大学高年级本科生研究生作为教材使用，也可供高分辨率空间探测、航空航天对地观测军事察、地球资源勘查、环境和灾害监测、大气探测、海洋遥感等领域的科研人员参考使用。

第1章成像光谱偏振技术的产生、发展及研究动态1
1.1成像光谱技术的发展1
1.2成像偏振技术的发展9
1.3成像光谱偏振技术的产生与发展12
1.3.1成像光谱偏振技术的产生、分类及研究现状12
1.3.2成像光谱偏振技术发展趋势及关键技术17
1.3.3成像光谱偏振技术的应用19
1.4本章小结22
第2章干涉成像光谱技术23
2.1干涉成像光谱技术分类23
2.1.1时间调制型干涉成像光谱技术23
2.1.2空间调制型干涉成像光谱技术24
2.1.3时空联合调制型干涉成像光谱技术26
2.2干涉成像光谱技术的基础理论与基本原理27
2.2.1干涉图与复原光谱27
2.2.2分辨率与切趾问题30
2.2.3相位修正35
2.2.4图像数据采集与处理37
2.3本章小结38
第3章空间调制型干涉成像光谱技术39
3.1空间调制型干涉成像光谱技术原理39
3.2横向剪切分束器41
3.3空间调制型干涉成像光谱仪物理模型45
3.4影响空间调制型干涉成像光谱仪干涉图调制度的主要因素46
3.5本章小结48
第4章晶体与偏振分束器49
4.1单轴晶体光学性质49
4.1.1晶体分类及o光、e光的折射率49
4.1.2光的双折射50
4.1.3主截面、主平面52
4.2基于萨瓦特(Savart)偏光镜的横向剪切偏振分束器53
4.2.1Savart板53
4.2.2Savart偏光镜55
4.2.3视场补偿型Savart偏光镜57
4.3Savart偏光镜光程差及横向剪切量58
4.4Savart偏光镜透射率61
4.5基于沃拉斯顿(Wollaston)棱镜的角剪切偏振分束器68
4.5.1Wollaston棱镜分光原理68
4.5.2光程差及条纹定位面的准确计算70
4.5.3广角Wollaston棱镜77
4.6本章小结84
第5章时空联合调制型干涉成像光谱技术85
5.1时空联合调制型静态干涉成像光谱技术(TSMSIIS)原理85
5.1.1TSMSIIS基本原理86
5.1.2时空联合调制与空间调制的主要区别88
5.2TSMSIIS探测模式92
5.2.1TSMSIIS干涉图获取原理92
5.2.2实验及数据处理97
5.2.3干涉图处理与光谱复原新方法99
5.3本章小结105
第6章超小型静态干涉成像光谱仪106
6.1超小型静态干涉成像光谱仪(USIIS)研究106
6.1.1USIIS原理方案106
6.1.2装置参数论证107
6.2USIIS样机设计与研制108
6.2.1USIIS样机设计参数108
6.2.2USIIS样机光学、机械结构、电路设计109
6.2.3USIIS样机研制112
6.3干涉成像光谱实验及结论分析113
6.3.1模拟星载探测实验原理113
6.3.2模拟星载探测实验结果114
6.3.3提高干涉图信噪比及光谱分辨率的主要途径118
6.4USIIS中偏振化方向对调制度的影响118
6.4.1偏振光强度、振动方向对调制度的影响119
6.4.2USIIS的调制度120
6.4.3调制度随偏振化方向的变化121
6.4.4偏振化方向允差分析实例123
6.5USIIS通量的分析与计算124
6.5.1USIIS的通量125
6.5.2各种情形下的通量数值127
6.6USIIS的信噪比129
6.6.1出射光强与起偏器、分析器偏振化方向偏角和入射角的关系129
6.6.2USIIS信噪比的分析与计算132
6.6.3信噪比实验验证135
6.7USIIS中格兰-泰勒棱镜像质与透射率分析136
6.7.1光线在格兰-泰勒棱镜中的传播轨迹137
6.7.2USIIS中格兰-泰勒棱镜的像质分析139
6.7.3格兰-泰勒棱镜全视场角透过率的分析与计算141
6.7.4格兰-泰勒棱镜全视场角透过率模拟与实验测试144
6.8本章小结149
第7章静态大视场干涉成像光谱仪151
7.1静态大视场干涉成像光谱仪(SLIIS)原理与广角补偿原理151
7.2SLIIS的调制度153
7.2.1λ/2板光轴方向偏离理想方向时o光、e光振动面的旋转153
7.2.2SLIIS中偏振光电矢量的分解与合成154
7.2.3SLIIS中调制度的分析与计算156
7.2.4调制度随偏振化方向、λ/2板光轴取向的变化157
7.3SLIIS的通量157
7.3.1SLIIS通量的分析与计算157
7.3.2几种情形下的通量取值161
7.3.3优选调制度时通量分析计算实例162
7.3.4结论163
7.4本章小结163
第8章静态成像光谱偏振技术164
8.1光的偏振态及斯托克斯(Stokes)参量描述法164
8.1.1偏振态的Stokes参量描述164
8.1.2偏振测量的基本方法168
8.2基于Savart偏光镜的静态通道型干涉成像光谱偏振技术(CIISP)171
8.2.1基于Savart偏光镜的静态CIISP基本原理171
8.2.2静态CIISP数据采集与处理流程174
8.3静态通道型干涉成像光谱偏振仪星载原理样机177
8.4静态通道型干涉成像光谱偏振仪定标179
8.4.1相对辐射定标180
8.4.2光谱定标183
8.4.3绝对辐射定标185
8.4.4偏振定标188
8.5静态通道型成像光谱偏振仪模拟星载探测实验191
8.5.1静态通道型成像光谱偏振仪实验室探测实验191
8.5.2静态通道型成像光谱偏振仪模拟星载外场探测实验196
8.6本章小结198
第9章基于液晶可调谐延迟器的高分辨通道型干涉成像光谱偏振技术200
9.1通道干涉图串扰现象200
9.2延迟器厚度比例对干涉图通道的影响203
9.2.1五通道干涉图光谱复原原理203
9.2.2五通道干涉图的优点205
9.2.3延迟器厚度比例为1:1时的干涉图光谱复原模拟验证206
9.3基于液晶可调谐延迟器(LCVR)的高分辨通道型干涉成像光谱偏振技术原理208
9.4基于LCVR的高分辨通道型干涉成像光谱偏振技术模拟实验研究212
9.5本章小结215
第10章孔径与视场分割成像光谱偏振技术216
10.1差分干涉成像光谱偏振技术216
10.1.1差分通道型干涉成像光谱偏振技术216
10.1.2高分辨低串扰差分干涉成像光谱偏振技术223
10.2基于偏振调制阵列的成像光谱偏振技术227
10.3分焦平面静态成像光谱偏振技术233
10.4本章小结234
第11章基于透镜阵列的快照式成像光谱偏振技术236
11.1基于透镜阵列的快照式成像光谱偏振技术原理方案236
11.1.1可见/近红外系统方案236
11.1.2短波红外系统方案238
11.2电子学设计239
11.3光谱偏振调制解调技术239
11.4高清阵列视频采集与显示243
11.5本章小结245
第12章卫星遥感大气风场的干涉成像探测技术246
12.1高层大气探测意义246
12.2高层大气探测国内外研究现状247
12.2.1大气风场主动式探测技术248
12.2.2大气风场被动式探测技术249
12.3干涉成像技术遥感大气风场“四强度法”探测原理253
12.3.1气辉、极光的形成253
12.3.2全方位、多方向风场速度、温度“四强度探测法”255
12.3.3垂直方向风场探测257
12.3.4临边观测模式257
12.3.5计算机仿真实验及误差分析258
12.4广角迈克耳孙干涉仪(WAMI)探测大气风场262
12.4.1探测原理262
12.4.2计算实例与装置设想264
12.5法布里-珀罗干涉仪(FPI)探测大气风场265
12.5.1风场速度、温度的FPI测量原理265
12.5.2风场测量特例分析268
12.6大气风场“四强度法”探测误差分析与计算269
12.6.1普适形式“四强度探测法”269
12.6.2“四强度探测法”误差分析与计算271
12.6.3计算机模拟速度、温度误差分布273
12.7本章小结276
第13章高层大气微粒辐射光谱轮廓278
13.1高斯轮廓光谱线型高层大气探测278
13.2洛伦兹轮廓光谱线型高层大气被动探测原理279
13.2.1洛伦兹线型大气风场探测原理279
13.2.2洛伦兹光谱线型大气风场测量281
13.3佛克特轮廓光谱线型高层大气被动探测原理285
13.3.1佛克特轮廓光谱线型风场干涉探测原理285
13.3.2佛克特轮廓光谱线型的准确表达式288
13.3.3佛克特轮廓光谱线型干涉图在大气风场探测中的应用292
13.3.4高斯、洛伦兹、佛克特三种光谱线型大气探测分析与比较295
13.4本章小结297
第14章宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪298
14.1宽场、消色差、温度补偿原理298
14.1.1宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪原理299
14.1.2宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪补偿原理300
14.1.3补偿效果模拟303
14.2宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪设计与研制306
14.2.1风成像干涉仪结构306
14.2.2风成像干涉仪设计原理307
14.3宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪通量分析与计算308
14.3.1光通量的理论分析与计算308
14.3.2几种宽场玻璃配对情况下的光通量比较310
14.4宽场、消色差、温度补偿型风成像干涉仪调制度分析与计算312
……