CN111912792A - 一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置以及使用方法，属于偏振光谱探测领域，特别是涉及到一种雾霾环境的偏振光谱激光探测方法；包括主动光源模块，主动光源模块一侧设置模拟雾霾发生模块，模拟雾霾发生模块的一侧设置非球型雾霾介质制备模块，另一侧设置偏振光谱测量模块；模拟雾霾发生模块的侧壁上设置有第一光学窗口和第二光学窗口，且第一光学窗口正对主动光源模块，第二光学窗口正对偏振光谱测量模块，第一光学窗口和第二光学窗口之间设置有粒子监测装置；主动光源模块和偏振光谱测量模块均与计算机系统电性连接。本发明可定性定量的获取不同能见度条件下的雾霾粒子光谱偏振特性。
Description
技术领域
本发明属于偏振光谱探测领域，尤其涉及雾霾环境的偏振光谱激光探测方法。
背景技术
雾霾环境造成的低对比度，由于普通强度成像无法准确获知目标信息，军事识别探测、交通安全无一不受到极大影响，此时相比于传统成像技术(强度成像，光谱成像)，由于偏振成像在强度成像基础上增加了强度与光谱不能反映的偏振维度信息，能够显著增强目标与背景之间的差异，增加雾霾、烟尘等环境下的作用距离，因而成为解决以上难题的有效手段。
为了解决雾霾环境下的成像问题，需要对该环境偏振传输特性开展研究。目前国内外大多将粒子形状理想为为球形，美国利用可见光波段对不同散射介质进行了偏振光谱成像室内实验，依据Mie散射原理，将牛奶、烟雾作为散射介质，将他们定性为均匀同性球型粒子，实验结果显示偏振成像可以有效提升散射后的偏振光谱图像对比度，而且并未开展光谱特性研究。随着研究的深入近期有研究者采用光谱仪与检偏片相结合的手段，可以实现对 2.2μm土地含水量的偏振光谱特性的有效探测。北京环境特性研究所开展了对黑体红外偏振特性的定量分析，采用金属线栅偏振器与工作波段8-10μm 热像仪相结合的手段对黑体表面辐射偏振特性与波长的关系进行了实验测试，。
但是将散射介质假设为理想的均匀球型同性粒子并不能真实的反映实际情况，而且目前的研究大多采用分时旋转偏振片与光谱获取相结合的方式，这种方法虽然可以有效获取静态物体的偏振信息，但是对动态物体以及实时偏振信息获取存在不足，无法对偏振信息进行同时获取，这些都会使偏振光谱成像仪器的精度下降。现有的气溶胶发生器都是尺寸不一的球形的聚苯乙烯小球，不具备模拟非球形传输介质粒子的能力，对于接近真实环境的非球形粒子并未考虑，与真实的雾霾环境差异较大，给雾霾环境下目标偏振光谱特性研究带来了一定的困难。
发明内容
本发明目的在于提供一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置及其使用方法，以解决对动态物体以及实时偏振信息获取存在不足，无法对偏振信息进行同时获取，导致偏振光谱成像仪器的精度下降的技术问题。
为实现上述目的，本发明的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置及其使用方法的具体技术方案如下：
一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，包括主动光源模块、模拟雾霾发生模块、非球形雾霾介质制备模块、偏振光谱测量模块和计算机系统；
所述主动光源模块一侧设置模拟雾霾发生模块，所述模拟雾霾发生模块的一侧设置非球型雾霾介质制备模块，另一侧设置偏振光谱测量模块；
所述模拟雾霾发生模块的侧壁上设置有第一光学窗口和第二光学窗口，且所述第一光学窗口正对主动光源模块，所述第二光学窗口正对偏振光谱测量模块，所述第一光学窗口和第二光学窗口之间设置有粒子监测装置；
所述主动光源模块和偏振光谱测量模块均与计算机系统电性连接。
进一步，所述主动光源模块包括依次设置的激光发生器、积分球和起偏装置，所述激光发生器、积分球和起偏装置依次设置，光路经激光发生器后，顺次进入积分球和起偏装置。
进一步，所述起偏装置包括偏振片、波片和滤光片，所述偏振片、波片和滤光片依次设置，光路依次经过偏振片、波片和滤光片后进入模拟雾霾发生模块。
进一步，所述偏振光谱测量模块包括偏振片和地物光谱仪，所述偏振光谱测量模块与计算机系统连接。
进一步，所述模拟雾霾发生模块内还设置有目标台。
一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置的使用方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、通过计算机系统控制主动光源模块产生所需入射光；
步骤二、非球形雾霾介质制备模块通过燃烧饼形成真实雾霾环境，注入到模拟雾霾发生模块中，同时通过粒子监测装置实时监测雾霾粒子粒径分布；
步骤三、主动光源模块产生所需入射光到模拟雾霾发生模块内的目标台上，散射光入射到偏振光谱测量模块；
步骤四、经由计算机系统处理偏振光谱测量模块的散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出经由非球形雾霾散射后的偏振特性信息。
本发明的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置及其使用方法具有以下优点：
1、本发明提出的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，可以实时定性定量的分析出雾霾粒子对光源偏振光谱信息改变特性，也可以实时获取雾霾粒子的偏振光谱信息。
2、本发明提出的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，可以模拟出不同能见度的雾霾粒子，相比于市面上的其他气溶胶产生装置而言本方法产生的粒子的物理特性以及化学特性更接近真实雾霾环境，在这种环境下开展偏振特性研究利于提高偏振探测精度。采用点燃燃烧饼的方式形成非球形雾霾环境，燃烧饼燃烧后可以产生与雾霾环境相似直径、折射率的粒子。
3、本发明提出的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，可以对不同能见度雾霾粒子偏振光谱特性进行多次测量，屏蔽外界干扰，利于定性定量的获取不同能见度条件下的雾霾粒子光谱偏振特性。
4、本发明采用微偏振片与光谱特性装置相结合的手段，可以实时获取雾霾粒子的偏振光谱信息。
附图说明
图1为本发明的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置结构示意图。
图中标记说明：1、主动光源模块；11、激光发生器；12、积分球；13、起偏装置；131、偏振片；132、波片；133、滤光片；2、模拟雾霾发生模块； 21、粒子监测装置；22、第一光学窗口；23、第二光学窗口；24、目标台； 3、非球型雾霾介质制备模块；4、偏振光谱测量模块；41、微偏振片；42、地物光谱仪；5、计算机系统。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置及其使用方法做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明装置结构：所述主动光源模块1与计算机系统5连接主动光源模块1包含积分球11、激光发生器12、起偏装置13。其中主动光源模块1由光路顺次设置的积分球11、激光器、偏振片131、波片132、滤光片133组成。所述非球形雾霾介质制备模块3与模拟雾霾发生模块2链接，模拟雾霾发生模块2为方形体结构，内壁光滑平整，模拟雾霾发生模块2可实现雾霾环境的粒子监测，模拟雾霾发生模块2的侧壁上开设有第一光学窗口22与第二光学窗口23，且第一光学窗口22与第二光学窗口23沿模拟雾霾发生模块2径向正对布置，第一光学窗口22正对主动光源模块1，第二光学窗口23正对偏振光谱测量模块4；所述偏振光谱测量模块4由微偏振片与地物光谱仪组成，普通的地物光谱仪仅能获取目标的光谱特性，加上微偏振片后可实时获取目标的偏振光谱特性，偏振光谱特性测量模块与计算系统的数据处理模块连；
本实施方式中，所述模拟雾霾发生模块2内还设置有目标台24，并可以在目标台24上安置测试的目标。
实现步骤：
步骤一、通过计算机系统5控制主动光源模块1产生所需入射光；
步骤二、非球形雾霾介质制备模块3通过燃烧饼形成真实雾霾环境，注入到模拟雾霾发生模块2中同时，通过粒子监测装置21实时监测雾霾粒子粒径分布；
步骤三、主动光源模块1产生所需入射光到模拟雾霾发生模块2内的目标台上，散射光入射到偏振光谱测量模块4；
步骤四、经由计算机系统5处理偏振光谱测量模块4的散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出经由非球形雾霾散射后的偏振光谱特性信息。
实施例1
若要测量能见度为100m的雾霾粒子对目标在532nm波段的偏振光谱效应，具体测量方法：
步骤一、通过计算机系统5控制主主动光源模块1产生532nm的线偏振光；
步骤二、非球形雾霾介质制备模块3通过燃烧饼形成真实能见度100m 的雾霾环境，注入到模拟雾霾发生模块2中同时，通过粒子监测装置21实时监测雾霾粒子粒径分布；
步骤三、主动光源模块1产生所需入射光到模拟雾霾发生模块2内的目标台上，散射光入射到偏振光谱测量模块4；
步骤四、经由计算机系统5处理偏振光谱测量模块4的散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出经由非球形雾霾散射后的偏振特性信息。
若要模拟相同波长偏振光在不同能见度雾霾环境中偏振光谱特性，通过非球形雾霾介质制备模块3重新设定雾霾环境浓度，重复以上步骤。
若要模拟其他波段偏振光在不同能见度雾霾环境中偏振光谱特性，需要对主动光源模块1进行设定。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，其特征在于，包括主动光源模块(1)、模拟雾霾发生模块(2)、非球形雾霾介质制备模块(3)、偏振光谱测量模块(4)和计算机系统(5)；
所述主动光源模块(1)一侧设置模拟雾霾发生模块(2)，所述模拟雾霾发生模块(2)的一侧设置非球型雾霾介质制备模块(3)，另一侧设置偏振光谱测量模块(4)；
所述模拟雾霾发生模块(2)的侧壁上设置有第一光学窗口(22)和第二光学窗口(23)，且所述第一光学窗口(22)正对主动光源模块(1)，所述第二光学窗口(23)正对偏振光谱测量模块(4)，所述第一光学窗口(22)和第二光学窗口(23)之间设置有粒子监测装置(21)；
所述主动光源模块(1)和偏振光谱测量模块(4)均与计算机系统(5)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，其特征在于，所述主动光源模块(1)包括依次设置的激光发生器(11)、积分球(12)和起偏装置(13)，所述激光发生器(11)、积分球(12)和起偏装置(13)依次设置，光路经激光发生器(11)后，顺次进入积分球(12)和起偏装置(13)。
3.根据权利要求2所述的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，其特征在于，所述起偏装置(13)包括偏振片(131)、波片(132)和滤光片(133)，所述偏振片(131)、波片(132)和滤光片(133)依次设置，光路依次经过偏振片(131)、波片(132)和滤光片(133)后进入模拟雾霾发生模块(2)。
4.根据权利要求1所述的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，其特征在于，所述偏振光谱测量模块(4)包括微偏振片(41)和地物光谱仪(42)，所述偏振光谱测量模块(4)与计算机系统(5)连接。
5.根据权利要求1所述的一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置，其特征在于，所述模拟雾霾发生模块(2)内还设置有目标台(24)。
6.一种雾霾传输介质目标偏振光谱测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、通过计算机系统(5)控制主动光源模块(1)产生所需入射光；
步骤二、非球形雾霾介质制备模块(3)通过燃烧饼形成真实雾霾环境，注入到模拟雾霾发生模块(2)中，同时通过粒子监测装置(21)实时监测雾霾粒子粒径分布；
步骤三、主动光源模块(1)产生所需入射光到模拟雾霾发生模块(2)内的目标台上，散射光入射到偏振光谱测量模块(4)；
步骤四、经由计算机系统(5)处理偏振光谱测量模块(4)的散射光信息，采用非球形粒子的仿真程序解算出经由非球形雾霾散射后的偏振特性信息。
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