一种海面透明漂浮物光谱偏振BRDF/BTDF的测试装置

本发明属于探测识别，具体为一种海面漂浮目标偏振brdf/btdf测量的模拟测试系统。

背景技术：

1、运用偏振探测技术对海洋目标的进行探测，不仅能够获取目标的表面光强信息，而且能够获取目标的偏振信息。常用的方法一般为建立偏振双向反射分布函数(pbrdf)模型，可描述材料样片及地表光反射特性的重要物理量。但是因为在海洋中，大气与水体辐射传输具有耦合性，大气与水体光学成分复杂，地区差异性极大，该区域的定量化遥感研究广度与深度仍存在一定的限制；海洋环境复杂，目标物多与其他漂浮物混合一块，也增加了探测的难度和误差。针对海面上透明/半透明漂浮目标的探测，存在探测边界误差和厚度测量困难的问题，可利用双向透射分布函数(bidirectional transimission distributionfunction,简称btdf)描述目标的材料透射特性，通过接收透射光的偏振特性，结合brtf对目标进行的实验测量及理论建模工作在复杂环境背景的目标探测、识别、仿真计算等相关研究中具有重要的理论研究价值及实际意义。

2、对此，为了更好地研究海洋背景下目标的识别探测，需要一种测试系统对此过程进行探测和模拟。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对物体的表面材质和结构的差异，会使物体表面出射偏振光的特性存在差异的问题。针对大部分目标来说，物体的上下表面是不同的，现有的对目标特性研究中，只研究物体上表面的偏振特性，对于海面漂浮物，透过其本身的偏振光也能够反映携带目标特性的偏振信息，提出的实验与模拟系统装置。该系统有助于了解海面漂浮物上表面的反射特性和材料本身的透射特性，也为偏振目标探测和偏振成像提供合理的模型数据，提高目标探测识别的高精度和信噪比。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置，其特征在于，该系统基于的光学系统包括海洋环境模拟系统，支架系统，导轨系统，偏振发射系统，偏振brdf接收系统，偏振btdf接收系统，计算机系统。

3、所述海洋环境模拟系统为长方形玻璃箱体、此系统的左侧面的上部设有海风模拟装置，下部设有海浪模拟装置，分别用于模拟海风和海浪。海风模拟装置和海浪模拟装置与计算机系统连接，控制海风和海浪更好地还原真实海洋环境。

4、所述支架系统安装在海洋环境模拟系统里，该系统由旋转圆台、竖直支架1和竖直支架2组成。旋转圆台可带动整个支架系统旋转，通过计算机系统控制可双向360°旋转，实现对海面漂浮目标的360°探测，对目标模型建立提供充足的数据。

5、所述导轨系统为在支架系统两侧轴体上的三个圆弧形导轨系统，外侧圆弧形导轨分左右两个分别安装支架系统左右两侧的轴体上。左侧外圆弧形导轨安装偏振光发射系统，通过计算机系统可控制左侧轴体带动该导轨实现360°旋转；右侧外圆弧形导轨安装偏振brdf接收系统，通过计算机系统可控制右侧轴体带动该导轨实现360°旋转。内侧圆弧形导轨为整个半圆弧，两端安装在支架系统的轴体上，该导轨用于安装偏振btdf接收系统，通过计算机系统控制左侧的轴体带动该导轨实现360°旋转，右侧轴体只起支撑作用。该导轨设置角度尺，便于导轨上系统的移动和调整。

6、所述偏振光发射系统，安装在左侧外导轨上，向海洋模拟系统的探测目标发射偏振光。其中包含激光器、偏振片、光电调制器1、光电调制器2、准直系统。四分之一波片的基轴为水平方向，可按实验需求可拆卸。偏振片和四分之一波片的光轴可调节，用以产生不同的偏振光。该系统可通过计算机系统设定入射角度，可沿左侧外圆弧形导轨来回移动。

7、所述偏振brdf接收系统安装在右侧外导轨上，由滤光片和探测器组成，可沿右侧外圆弧形导轨来回移动，接收海洋漂浮目标的反射偏振光，将接收到的上表面偏振信息传输到计算机系统处理。滤光片去除偏振光发射系统发出的偏振光以外的光，减少其他杂光的影响。

8、所述偏振btdf接收系统，安装在内侧圆弧形导轨上，由滤光片和偏振相机组成，可沿内侧圆弧形导轨来回运动；该接收系统在水下运行，整体做防水处理。接收海洋漂浮目标的透射偏振光，将接收到的上表面偏振信息传输到计算机系统处理。

9、所述计算机系统，用数据线与海洋模拟系统的海风控制系统和海浪控制系统、支架系统的左右两侧轴体和旋转圆台、偏振brdf接收系统和偏振btdf接收系统连接。通过程序设定，控制海风控制系统和海浪控制系统创造复杂的海洋环境，增强模型对恶劣条件的适应性；控制左侧轴体使得左侧外导轨和内侧导轨可旋转360°，右侧外导轨也可通过右侧轴体旋转360°；导轨上的偏振光发射系统、偏振brdf接收系统和偏振btdf接收系统也可由计算机系统控制其上的伺服机构在导轨上运动。计算机系统通过接收偏振brdf接收系统和偏振btdf接收系统的数据，构件完整的海洋漂浮目标模型。

10、进一步，偏振光波长为一般设为可见光波段、近红外波段，按需求也可调制其他波段。

11、进一步，海洋环境模拟系统的箱体内设有相关的湿度计、温度计。

12、进一步，导轨系统为光学导轨，具有刻度尺和可拆卸的光学平台。

13、进一步，计算机系统包含对海风系统和海浪系统的控制、支撑系统和导轨系统的调节、偏振光发射系统的调制、偏振brdf接收系统数据和偏振btdf接收系统数据的读取，记录偏振光发射系统输出偏振光的偏振度、偏振角、能量、斯托克斯矢量等相关参量。

14、通过上述设计方案，本发明可带来如下有益效果：

15、1、针对现有对目标反射特性的研究只考虑上表面，而大多数海面漂浮物目标上下表面由于材质、涂层、氧化程度不同，而表现出不同的反射特性，因此本发明设计一种能够测量漂浮物上下表面反射特性的实验装置，通过上下导轨的移动和调节能够全方位掌握目标的反射特性，进而更准确的分析目标的材质总类。

16、2、针对现有对测量透明/半透明目标、溢油厚度以及赤潮生长情况存在技术难点，本发明设计一种能够同时测量漂浮物brdf和btdf特性的实验装置，掌握目标的反射及透射特性，能够分析出目标的种类及透射信息，在识别目标种类的基础上，还可根据透射特性分析透明/半透明目标、溢油厚度和赤潮生长情况。

技术特征：

1.一种海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置，其特征在于：该装置基于的光学系统包括海洋环境模拟系统，支架系统，导轨系统，偏振发射系统，偏振brdf接收系统，偏振btdf接收系统，计算机系统。

2.根据权利要求1所述的海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置中，其特征在于：所述偏振发射系统可产生多种状态的偏振光，偏振光波长为一般设为可见光波段、近红外波段，按需求也可调制其他波段。

3.根据权利要求1所述的海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置中，其特征是：所述海洋环境模拟系统的箱体内设有相关的湿度计、温度计和搅拌风扇。

4.根据权利要求1所述的海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置中，其特征是：所述导轨系统为光学导轨，具有刻度尺和可拆卸的光学平台。

5.根据权利要求1所述的海面透明漂浮物光谱偏振brdf/btdf的测试装置中，其特征是：所述计算机系统包含对海风系统和海浪系统的控制、支撑系统和导轨系统的调节、偏振光发射系统的调制、偏振brdf接收系统数据和偏振btdf接收系统数据的读取，记录偏振光发射系统输出偏振光的偏振度、偏振角、能量、斯托克斯矢量等相关参量。

技术总结
一种海面透明漂浮物光谱偏振BRDF/BTDF的测试装置及方法，属于BRDF和BTDF测量技术领域，包括海洋环境模拟系统，支架系统，导轨系统，偏振发射系统，偏振BRDF接收系统，偏振BTDF接收系统，计算机系统。本发明适用于海面漂浮物(溢油、赤潮、透明/半透明目标)测量，对目标进行水上、水面、水下全方位探测，得到目标与空气接触的上表面以及与水面接触的下表面偏振信息，根据所得到的信息同时测量目标BRDF和BTDF特性，掌握目标的反射及透射特性，分析出目标的种类及透射信息，在识别目标种类的基础上，还可根据透射特性分析透明/半透明目标、溢油厚度和赤潮生长情况。同时本装置还可定性定量测量不同风浪条件下海面目标的偏振特性。

技术研发人员：段锦,孔晨晨,范新宇,陆社添,战俊彤,莫苏新
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29