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分焦平面偏振成像关键技术罗海波;刘燕德;兰乐佳;叶双辉【摘要】偏振成像是一项具有巨大应用价值的前沿技术,近年得到了业内人士的广泛关注.文章介绍了偏振成像的原理、特点、应用以及国内外研究现状,还介绍了几种常用的实现方法及其优缺点,最后对当前偏振成像的主流方法——分焦平面法的关键技术进行了讨论.%Polarization imaging is an advanced technology with increasing applications and it has attracted wide atlention in recent years. In this paper, theories, characteristics, applications and the research status of polarization imaging are introduced. The implementation of several common methods and their advantages and disadvan-tages are also explored. Finally, the key technologies of division of focal plane polarimeters which is the current mainstream method of polarization imaging are analyzed.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】6页(P8-13)【关键词】成像;偏振成像;分焦平面法;插值;非均匀性校正【作者】罗海波;刘燕德;兰乐佳;叶双辉【作者单位】中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳 110016;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌330013;华东交通大学机电与车辆工程学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TP391偏振是光波的基本属性之一,其中蕴含着被测物的众多特征信息。
浅海被动水下偏振成像探测方法卫毅;刘飞;杨奎;韩平丽;王新华;邵晓鹏【摘要】针对传统被动水下偏振成像方法忽略水体对光的吸收效应,成像结果中存在严重的色彩失真,且并未深入发掘利用背景散射光中包含的场景信息的问题.提出浅海被动水下偏振成像探测方法,该方法从水体中背景散射光的传输特性出发,分析场景深度信息与散射光的物理关系,建立基于深度信息的水下Lambertian反射模型,实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.实验结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果,提高水下成像探测能力.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(067)018【总页数】11页(P104-114)【关键词】偏振;成像及光学处理;海洋光学【作者】卫毅;刘飞;杨奎;韩平丽;王新华;邵晓鹏【作者单位】西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 长春 130033;西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071;西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 长春 130033;西安电子科技大学物理与光电工程学院, 西安 710071【正文语种】中文1 引言水下光学成像技术因能够提供信息丰富、分辨率高、易解析的目标图像,在海水养殖、油气勘探与开采以及水下考古等领域具有重要应用价值[1−3].水下光学成像技术面临的主要问题为水体对光波的吸收作用和散射作用,其中吸收会造成水下图像颜色失真,散射会使背景散射光叠加在目标弹道光上,造成图像对比度降低,细节信息丢失[4].长期以来,为去除背景散射光的影响、复原水下真实场景,国内外学者们进行了大量研究[5,6],其中水下偏振成像技术由于具备设备结构简单、成像效果好及性价比高等特点备受关注[7].而以Huang等[8]以及Schechner和Karpel[9]的研究为代表的水下主动成像方法,通过在成像光路中增加主动偏振光源,并利用正交偏振图像的差异来实现对物体的探测与识别.此外,Han等[10]利用水下散射光的偏振特性,并结合刃边法求取退化图像的退化函数,不仅抑制了背景散射光影响,而且有效去除了前向散射光.主动成像探测方法在深海区域可以有效去除背景散射,获取清晰水下图像,但在浅海地区,主动光源与自然光叠加后将导致水下散射光复杂性增大,进而影响成像效果[11].Schechner等[12]通过对浅海地区自然光散射特性的研究,首次提出了被动水下偏振成像模型,通过采集两幅偏振态正交的偏振子图像,利用背景散射光和目标信息光偏振特性的差异,重建清晰的场景图像.该成像模型的重点在于背景散射光与目标信息光的分离,成像结果中存在严重的色彩失真,且并未深入发掘利用背景散射光中包含的信息.针对以上问题,本文提出浅海被动水下偏振成像探测方法,该方法从水体中背景散射光的传输特性出发,通过分析场景深度信息与散射光的物理关系,建立了基于深度信息的水下Lambertian反射模型.该模型描述了能量相同、波长不同的目标辐射光经水中传输后到达探测器的能量不同,能够在不增加任何先验条件的前提下,实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.对于传统客观评价参数(如图像清晰度、对比度、信息熵等)无法表征图像色彩偏移这一问题,本文采用图像色偏值这一客观评价标准来衡量探测结果的视觉特性.实验结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果,避免由于色彩畸变造成的识别误差,提高水下成像探测能力.2 被动水下偏振成像模型在自然光照射的浅海区域进行水下成像时,探测器接收到的信息包含两部分,一部分为目标辐射光经过水体的吸收与散射后被探测器接收,称为目标信息光IO,其表达式为其中,IObject为目标辐射光,β表示光波的衰减系数,z为探测距离.目标信息光随着探测距离的增加其能量呈指数衰减[13].另一部分为自然光经水体及悬浮粒子散射并到达探测器的光,称为背景散射光IB,其中,I∞B表示无穷远处背景散射光强度.与目标信息光相反,背景散射光强度随着z 增加而增加[9],因此,探测器获得的总光强ITotal为如图1所示,被动水下偏振成像时,自然光经水中粒子的散射会带有偏振特性[14].通过旋转偏振片使探测器获取偏振态正交的两幅偏振子图像,Imin和Imax,其中Imin 所具有的背景散射光强度最小,而与其偏振态正交的图像Imax具有最大的背景散射光强度.由于目标信息光为非偏振光,因此当其通过任意角度的线偏振片时,目标信息光的能量被滤掉一半,即Imax和Imin中所包含的目标信息光相同[12],因此Imin,Imax,IO与ITotal存在如下关系[15]:其中,分别为Imax和Imin中的背景散射光强度,则目标场景中的背景散射光强度为式中,p表示背景散射光的偏振度.通过在采集到的偏振子图像Imax和Imin中选取背景散射均匀的区域结合偏振度的定义,可以计算背景散射光偏振度为[16]联立(3),(4)和(6)式可得清晰场景估计模型为图1 被动水下偏振成像原理示意图Fig.1.Schematic of passive underwater polarization imaging.图2(d)为利用上述偏振成像模型对图2(c)中Schechner和Karpel[12]在地中海拍摄的真实强度图像进行重建的结果,其中图2(a)和图2(b)分别为通过图1所示采集方法所获取的光强最大偏振子图像Imax和光强最小偏振子图像Imin.相比其他探测结果,图2(d)的图像对比度得到有效提升,表明利用该估计模型能够有效去除背景散射光对成像质量的影响.但最终成像结果中存在明显的颜色失真现象,图像整体呈现蓝色基调,视觉效果差.通过统计图像红、绿、蓝(R,G,B)三个色彩通道的像素强度值分布情况能够更清晰地了解图像色彩的动态范围,图2(e)和图2(f)分别为原始的水下强度图像和通过被动水下偏振成像模型获得的图像的R,G,B三个色彩通道的像素强度值分布.图2(e)中R,G,B三通道像素强度值的分布范围分别为0—20,0—100和0—220.图2(f)中R,G,B三通道像素强度值的分布范围分别为0—80,0—190和0—250,分布情况相比于图2(e)有明显提高,对应图像动态范围增大,表明偏振成像方法对各彩色通道均起到了拉伸作用,增强了图像层次感.但图2(f)的三通道像素强度统计图中蓝色通道明显占优,表明探测结果色彩并未得到有效复原,存在明显的颜色失真问题,导致图像视觉效果受限.图2 (a)光强最大偏振子图像;(b)光强最小偏振子图像;(c)原始强度图像[12];(d)传统被动偏振成像探测结果;(e)和(f)分别为图(c)和图(d)的R,G,B三通道像素强度统计值Fig.2.(a)Polarization image which has the maximumbackscatter;(b)polarization image which has the minimum backscatter;(c)raw image of an underwater scene[12];(d)detection resultof(c)by traditional polarization imaging method;(e)and(f)are the pixel intensity distribution of channel R,G and B of(c)and(d).3 基于深度信息的水下Lambertian反射模型水下被动偏振成像方法能够有效解决背景散射光影响造成的成像结果对比度降低的问题,但在浅海区域,除了散射会影响图像质量外,水体对不同波长的自然光的吸收以及散射的差异性会造成重建图像存在严重的色彩失真[17].图3所示为海水对不同波长光波的吸收与散射系数曲线,海水对光波的吸收与光波的波长成正比[18,19],与此相反,海水中粒子对光波的散射与光波的波长成反比[20].成像过程中,目标信息光与背景散射光经海水衰减后,波长较短的蓝光由于吸收较小而被探测器大量接收;同时,由于海水对波长较短的蓝光散射最大,造成散射光中蓝光占主导地位[13].本文从水下成像的图像颜色失真问题出发,分析造成颜色失真的物理原因,结合浅海地区自然光的偏振散射特性和Lambertian反射模型[21],设计新型浅海被动水下偏振成像探测方法,用以获取无色彩畸变的水下目标清晰场景.由Lambertian反射模型可知,探测场景中物体表面上某一点颜色f(x)可由整个可见光范围内对光源的分布、物体表面的反射率以及相机感光系数积分得到[21],即其中,λ为光波波长,ω表示光谱范围,x为场景中的像素点位置,e(λ)为光源的分布,s(x,λ)表示空间中的某一点对某一波长的反射率,c(λ)为相机的感光系数.图3 海水对可见光波的吸收系数和散射系数曲线Fig.3.The absorption and scattering coefficient of seawater during the visible light wave band.在水下偏振成像中,探测器接收到的光波与其传输距离z的关系为[22,23],式中,Ein和Eobject分别表示入射光波和衰减后光波的强度;α表示光波的衰减系数,其大小与光波波长有关.根据(9)式可知对于反射光能量相同、波长不同的物体,探测器接收到的能量随光波波长的增大而减小,因此造成水下图像中同一物体不同程度的颜色失真.本文将由于波长不同致使相机接收到不同能量的原因假设为照射物体的光源强度不同,而此时光源的分布为联立(8)和(10)式可得基于深度信息的Lambertian水下反射模型为式中,a(x)e(λ)表示场景中光源在不同位置的强度分布,a(x)表示场景中不同位置的深度信息.由水下偏振成像模型可知背景散射光强度与探测距离成正比,因此,可以通过背景散射光强度表征场景中不同位置的深度信息,即[9]根据Weijer等[21]提出的水下Gray World算法可知,场景中所有物体表面的平均反射是无色差的,即其中,k为取值范围在[0,1]之间的一个常数.联立(12)和(13)式可得场深度信息、光源强度以及探测器响应率之间的关系为式中,s(x,λ)即为所求的目标反射光能量,而光源强度与探测器响应率的乘积可以根据(15)式来求解,因此,水下图像颜色失真校正模型为其中,[e(R)c(R)]−1,[e(G)c(G)]−1,[e(B)c(B)]−1分别表示R,G,B三通道中光源强度与探测器响应率的乘积.根据(16)式建立水下Lambertian反射模型,结合(7)式对水下目标场景进行无色彩畸变的清晰成像探测.4 实验结果分析为了验证浅海被动水下偏振成像方法的有效性,根据图1所示的被动水下偏振成像原理进行实验,通过旋转偏振片获取相互正交的两幅偏振子图像.此外,通过在自来水溶液中加入脱脂牛奶(分子大小约为0.04—0.3µm)模拟实际海洋环境中粒子对光波的吸收以及散射情况[24,25],比例为300 L自来水加100 mL脱脂牛奶,实验在体积为2.5 m×0.4 m×0.5 m的水槽中进行.为了模拟浅海区域自然光照射场景,本实验在户外进行,以太阳光作为光源.图4(a)所示为实验采集到的原始水下强度图像,由于背景散射光的存在导致目标信号被覆盖,图像清晰度不足、信息的可识别度大大降低;同时由于水体对光波的选择性吸收使图像颜色失真,难以观测到真实场景.图4(b)为传统被动偏振成像探测结果,与原始强度图像相比,背景散射光被有效移除,图像的清晰度以及对比度得到明显提升.但图4(b)的真实色彩信息没有得到有效复原,视觉效果差,说明传统的被动水下偏振成像方法并没有解决水下图像颜色失真这一问题.图4(c)所示为浅海被动水下偏振成像探测结果,不仅有效去除了背景散射光的影响,而且探测结果接近水下目标真实色彩,符合人眼视觉特性.图5分别为图4(a)—图4(c)的R,G,B三个颜色通道的像素强度统计值.原始强度图中,R,G,B三通道的像素强度值分布在极小的范围内,并且图5(a1)和图5(a2)表明蓝色通道的像素强度值分布范围明显优于红色与绿色通道.经传统被动偏振成像方法处理后,R,G,B三通道的像素强度值分布范围扩大,但从图5(b1)和图5(b2)可以看出蓝色通道占优的情况仍未改变,图像仍存在颜色失真.图5(c)中像素分布不仅优于原始强度图像,同时相对于传统被动偏振成像方法也有明显提升,图像的动态范围增大,层次感增强;图5(c1)和图5(c2)表明图像各个颜色通道的强度值分布范围相等,原始图像中存在的颜色畸变问题得到有效复原,视觉效果增强.图4 (a)原始强度图像;(b)传统被动偏振成像探测结果;(c)浅海被动水下偏振成像探测结果Fig.4.(a)A raw underwater image;(b)detection result by traditional passive polarization imaging method;(c)detection result by the method of this paper.图5 (a),(b)和(c)分别为图4(a)、图4(b)和图4(c)的R,G,B三通道像素强度统计值;(a1)和(a2),(b1)和(b2),(c1)和(c2)分别为图(a),(b)和(c)的截面图Fig.5.(a),(b),and(c)are the pixel intensity distribution of channel R,G and B of Fig.4(a),Fig.4(b),and Fig.4(c);(a1)and(a2),(b1)and(b2),(c1)and(c2)are the sectional view of panels(a),(b),and(c).图6(a)—(c)分别为图4(a)—(c)的R,G,B三通道中第199行像素强度值分布图.对比发现,原始强度图与传统被动偏振成像结果中蓝色通道强度值明显高于红色与绿色通道,图像存在严重的色彩畸变.而浅海被动水下偏振成像探测结果中目标信息光与背景散射光的差异明显增大,图像对比度提升,并且R,G,B三通道中像素强度值分布均匀,不存在某一通道占优情况,图像质量得到极大提升.图6 (a),(b)和(c)分别为图4(a)、图4(b)和图4(c)的R,G,B三通道中第199行像素强度值分布图Fig.6.(a),(b),and(c)are the horizontal line plots at the vertical position pixel 199 for channel R,G and B of Fig.4(a),Fig.4(b)and Fig.4(c).在此基础上,为了说明本文探测方法的普适性,对图7所示的真实水下场景进行探测.图7(a)所示的原始强度图中,目标信息光被背景散射光淹没,图像清晰度不足,远处的礁石几乎不可见;同时图像色彩失真严重,视觉效果差.相比之下,图7(b)中颜色畸变问题得到有效复原,物体颜色鲜艳,其真实色彩得以显露,同时图像的高频信息得到修复,被背景散射光遮蔽或者由于水体吸收导致模糊的目标信号得到凸显,远处的礁石能直接辨识,视觉效果更加自然.图7 (a)原始强度图像[12];(b)浅海被动水下偏振成像探测结果Fig.7.(a)Raw underwater image of another scene[12];(b)detection result by the method of this paper.图8(a)—(c)所示为分别选取图7(a)和图7(b)三通道中第700行(由上至下)像素的强度分布曲线,该行像素穿过礁石A和礁石B、海底I和海底II,其强度值变化能够直观表征场景中不同物体之间的差异以及对比度变化.原始强度图像的三通道像素强度值分布图中红色通道的整体强度值明显低于绿色和蓝色通道,图像存在严重的颜色失真.浅海被动水下偏振成像探测结果的三通道像素强度值分布均匀,不存在某一通道像素值占优的情况,图像的色彩畸变问题得到复原,视觉效果提升,同时去除了背景散射光的影响,礁石与海底交界处的像素强度值变化剧烈,表明图像对比度增强.图9(a)和图9(b)分别对应图7(a)和图7(b)的R,G,B三个颜色通道的像素强度统计值,对比发现浅海被动水下偏振成像不仅能够复原图像的色彩信息,而且增强了图像的层次感.图8 (a),(b)和(c)分别为图7(a)和图7(b)R,G,B三通道中第700行像素强度值分布图Fig.8.(a),(b)and(c)are the horizontal line plots at the vertical position pixel 700 for channel R,G and B of Fig.7(a)and Fig.7(b).为了表征颜色校正前后图像质量的提升,用图像色偏值来对该探测方法的性能进行客观评价.首先将图像由RGB空间转换到CIE Lab空间,通过下式有效获取图像色偏值K[26],其中,D表示图像平均色度,M表示色度中心距.D与M的求解过程如下所示:其中,M,N分别为图像的宽和高,以像素为单位;(da,db)表示a-b色度平面上等效圆的中心坐标.计算所得的色偏值K越大,表明图像色偏越严重.浅海被动水下偏振成像探测结果与传统水下偏振成像探测结果的色偏值如表1所列.以图4(a)为例,与传统水下成像方法相比,经本文方法处理后图像的色偏值明显降低,表明图像的颜色得到校正,图像视觉效果提升,进一步说明了本文探测方法提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰图像的有效性.表1 不同方法处理后图像的K值Table 1.The value of K of reconstructed images by different methods.原始强度图像K值本文方法处理后K值图4(a) 1.7363 0.5217图7(a) 0.1994 0.1062分别计算原始图像和浅海被动水下偏振成像探测结果的各项客观评价指标(包含信息熵、清晰度、平均梯度和对比度),结果如表2所列,其中信息熵反应图像的平均信息量,信息熵越大,表明图像中所包含的信息越多;清晰度和平均梯度能够反映图像中的边缘和细节等高频信息,其值越大,图像边缘越清晰,所包含的细节越明显;图像对比度则能够表示图像中灰度反差的大小,其值越大,表明图像中亮暗渐变层次越多,图像中物体表面的纹理越明显,图像信息越丰富.从表2可以很明显地看出,经过浅海被动水下偏振成像探测方法得到的图像与原始图像相比在各项指标上都有了明显提升,如清晰度较原始强度图像普遍提升了4倍左右,图像的平均梯度提升了4.5倍左右;与此同时,图像的对比度相对于原始强度图提升了10倍左右,图像的信息熵也有所提高.这些参数的提升都表明图像的质量得到了极大的改善,尤其是在图像对比度以及图像的细节方面有显著增强.这些结论与图像主观评价和分析结果一致,客观表明了浅海被动水下偏振成像探测方法的有效性.表2 水下成像结果的客观评价参数Table 2.Objective evaluations of underwater images.场景评价参数信息熵清晰度平均梯度对比度图4 原始图像4.1689 0.0047 0.0038 0.4577本文方法探测结果 5.8432 0.0151 0.0132 3.2742图7 原始图像 6.8231 0.0040 0.0032 0.7234本文方法探测结果 7.4690 0.0188 0.0154 6.5759图9 (a)和(b)分别为图7(a)和图7(b)的R,G,B三通道像素强度统计值;(a1)和(a2),(b1)和(b2)分别为图(a)和(b)的截面图Fig.9.(a)and(b)are the pixel intensity distribution of channel R,G and B of Fig.7(a)andFig.7(b);(a1)and(a2),(b1)and(b2)are the sectional view of Fig.9(a)and Fig.9(b).5 结论为了解决传统被动水下偏振成像结果中存在严重的色彩失真问题,设计了浅海被动水下偏振成像探测方法.该方法将背景散射光的传输特性与场景深度信息联系起来,建立了水下Lambertian反射模型,不仅去除了背景散射光的影响,还复原了由于水体选择性吸收及散射造成的色彩畸变问题.结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩的清晰探测结果.成像结果中R,G,B三通道的像素强度统计值直观地表明本文方法在提供无色彩畸变的水下目标清晰场景方面的有效性.客观评价指标相比于原始强度图都有所提升,其中图像对比度提升了10倍左右,图像清晰度提升了4倍左右,以上结果证明了本文方法所得图像的质量得到了极大改善.此外,图像色偏值的减小也反映了颜色恢复模型的有效性.参考文献【相关文献】[1]Lavest J M,Guichard F,Rousseau C 2002 International Conference on Image Processing Rochester,NY,USA,September 22–25,2002 p813[2]Panetta K,Gao C,Agaian S 2016 IEEE J.Oceanic Eng.41 541[3]Chennu A,Färber P,De’Ath G,de Beer D,Fabricius K E 2017 Sci.Rep.7 7122[4]Chiang J Y,Chen Y C 2012 IEEE Trans.Image Process.21 1756[5]Zhao X W,Jin T,Chi H,Qu S 2015 Acta Phys.Sin.64 104201(in Chinese)[赵欣慰,金韬,池灏,曲嵩 2015物理学报64 104201][6]Han P L,Liu F,Zhang G,Tao Y,Shao X P 2018 Acta Phys.Sin.67 054202(in Chinese)[韩平丽,刘飞,张广,陶禹,邵晓鹏2018物理学报67 054202][7]Liu F,Cao L,Shao X,Han P L,Bin X 2015 Appl.Opt.54 8116[8]Huang B J,Liu T G,Han H F,Han J H,Yu M X 2016 Opt.Express 24 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2017 Opt.Express 25 22859[24]Dubreuil M,Delrot P,Leonard I,Alfalou A,Brosseau C,Dogariu A 2013 Appl.Opt.52 997[25]Piederrière Y,Boulvert F,Cariou J,Jeune B L,Guern Y,Brun G L 2005 Opt.Express 13 5030[26]Li F,Wu J,Wang Y,Zhao Y,Zhang X 2012 IEEE Fifth International Conference on Advanced Computational Intelligence Nanjing,China,March 29–31,2012 p662。
《遥感原理与应用》一、单项选择题（22 分）1.L andsat 卫星传感器TM 主题绘图仪有（）个波段。
【基础类】A.5B.6C.7D.82.I KONOS-2 遥感传感器是（）CCD 推扫式成像。
【基础类】A.单线阵B.双线阵C.三线阵D.面阵3.遥感技术是利用地物具有完全不同的电磁波（）或（）辐射特征来判断地物目标和自然现象。
【基础类】A.反射发射B.干涉衍射C.反射干涉D.反射衍射4.T M6 所采用的10.4~12.6um 属于（）波段。
【基础类】A.红外B.紫外C.热红外D.微波5.彩红外影像上（）呈现黑色，而（）呈现红色。
【基础类】A.植被 B.水体 C.干土 D.建筑物6.影响地物光谱反射率的变化的主要原因包括（）。
【基础类】A.太阳高度角 B.不同的地理位置C.卫星高度D.成像传感器姿态角7.红外姿态测量仪可以测定（）。
【基础类】.航偏角 B.俯仰角 C.太阳高度角 D 角8.下面遥感卫星影像光谱分辨率最高的是（）。
【基础类ndsat-7ETM+B.SPOT5C.IKONOS-2D.MODIS9.下面采用近极地轨道的卫星是（）。
【基础类】ndsat-5B.SPOT5C.神州7 号D.IKONOS-210.下面可获取立体影像的遥感卫星是（）。
【基础类】ndsat-7B.SPOT 5C.IKONOS-2D.MODIS11.侧视雷达图像的几何特征有（）。
【基础类】A.ft体前倾B.高差产生投影差C.比例尺变化D.可构成立体像对12.通过推扫式传感器获得的一景遥感影像，在（）属于中心投影。
【基础类】A.沿轨方向B.横轨方向C.平行于地球自转轴方向D.任意方向13.SPOT1-4 卫星上装载的HRV 传感器是一种线阵（）扫描仪。
【基础类】A.面阵B.推扫式C.横扫式D.框幅式14.（）只能处理三波段影像与全色影像的融合。
【基础类】A.IHS 变换B.KL 变换C.比值变换D.乘积变换15.下列软件中，属于遥感图像处理软件系统的是（）。
第一章一、名词解释（1）遥感：是从远处探测感知物体。
是不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取信息进行提取、判定、加工处理及解译应用的综合性技术。
（2）光谱特性：地球上所有物体都在不停地发射、反射、吸收电磁波，而且不同物体对电磁波的发射、反射、吸收的特性不同。
物体的这种对电磁波固有的波长特性叫做光谱特性。
（3）遥感过程：是指遥感信息的获取、传输、处理及其判读分析和应用的全过程。
（4）遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。
是一个多维、多平台、多层次的立体化观测系统。
2、与传统对地观测手段比较，遥感有什么特点？（1）空间特性：宏观观测，大范围获取数据（范围广）（2）时相特性：动态监测，更新快（动态性）（3）光谱特性：技术手段多样，信息量大（信息量大）（4）应用特性:应用领域广，经济效益高（领域多）3、简述遥感卫星地面站，其生产运行系统的构成及各自的主要任务遥感卫星地面站：是一个复杂的高技术系统，它的任务是接收、处理、存档和分发各类遥感数据，并进行卫星接收方式、数据处理方法及相关技术的研究。
（1）接收站：主要负责完成捕获跟踪卫星、传送接收卫星数据的任务。
（2）数据处理中心：将原始遥感数据做一系列复杂的辐射校正及几何校正处理，消除畸变，恢复图像，提供给用户使用。
（3）光学处理中心:可以生产应用于不同用途的各种比例尺的图像产品。
4、遥感有哪几种分类？分类依据是什么？（1）按遥感平台分类：近地面遥感；航空遥感；航天遥感。
（2）按传感器的探测波段分类：紫外0.05-0.38；可见光0.38-0.76；红外0.76-1000微米；微波1mm-1m；多波段遥感。
（3）按传感器工作方式分类：主动遥感；被动遥感。
（4）按遥感资料获取方式：成像遥感；非成像遥感获得信号是曲线、数据。
（5）按波段宽度及波谱的连续性：高光谱遥感；常规遥感。
以下材料都是通过google搜索得到的相关知识，如果大家没有时间就看看以下的内容就可以了，大致了解偏振光在生活中有哪些有趣的应用，如果有时间有兴趣的话可以自己检索相关内容。
一.立体电影你看过立体电影吗？你知道它的道理吗？它就是应用光的偏振现象的一个例子：在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片．这样，从银幕上看到的景象才有立体感．如果不戴这副眼镜看，银幕上的图像就模糊不清了．这是为什么呢？这要从人眼看物体说起．人的两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感．这是由于人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉．立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像，制成电影胶片．在放映时，通过两台放映机，把用两台摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上．这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的．要看到立体电影，要在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器．从两架放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光．左右两架放映机前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直．这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振方向不改变．观众用上述的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感觉．这就是立体电影的原理．当然，实际放映立体电影是用一个镜头，两套图像交替地印在同一电影胶片上，还需要一套复杂的装置．这里就不涉及了．二.摄像摄影1. 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。
1，直接带隙材料和间接带隙材料（直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中同一位置。
电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。
）2，直接跃迁和间接跃迁 3，什么是散射，原因4，光学的两个特殊角，全反射角和布鲁斯特角光由光密介质进入光疏介质时,当入射角θ增加到某种程度，会发生全反射。
折射角为90度所对应的入射角为临界角。
自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布儒斯特角或起偏角，用θb表示。
此规律称为布儒斯特定律。
光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。
5，在迪拜长度后面那个，具体得翻书才能知道，好像是折射率的证明（p77）6，关于散射的应用题，给一个波长函数，有两个参数待定，然后给两组数据，求出两个参数，然后再给一个数据，求解。
不难，需要求导7，一个关于光吸收能量转化的应用题，给出一堆参数，根据能量守恒，需要知道一些常量，比如h，e等8，速率方程，教材最后一节内容，知道怎么列出的9，可见光范围380nm—760nm 10，光子频率能量范围本征吸收：本征吸收是指在价带和导带之间电子的跃迁产生与自由原子的线吸收谱相当的晶体吸收谱，它决定着半导体的光学性质.本征吸收最明显的特点是具有基本的吸收边（吸收系数陡峭增大的波长）这种由于电子由带与带之间的跃迁所形成的吸收过程称为本征吸收。
辐射复合：根据能量守恒原则，电子和空穴复合时应释放一定的能量，如果能量以光子的形式放出，这种复合称为辐射复合（Radiative Recombination）。
辐射复合可以是导带电子与价带的空穴直接复合，这种复合又称为直接辐射复合，是辐射复合中的主要形式。
此外辐射复合也可以通过复合中心进行。
在平衡态，载流子的产生率总与复合率相等。
辐射复合（Radiative Recombination）是等离子体中电子与离子碰撞的主要复合过程之一，它是光电离的逆过程，对等离子中电离平衡的建立和维持以及等离子体的辐射输运都起着重要作用。
1、光电器件的基本参数特性有哪些?（响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度）@响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应@噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。
（光电子学光电子器件）3、光电检测系统通常由哪三部分组成（光学变换光电变换电路处理）4、光电效应包括哪些外光电效应和内光电效应）外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。
内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。
内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。
光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。
5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种？（光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池）6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么？（定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔）7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出？（交变辐射）8、CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么？（电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
）9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。
（直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法）10、光热效应应包括哪三种。
（热释电效应辐射热计效应温差电效应）11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么？（一维PSD主要用来测量光点在一维方向的位置；二维PSD用来测定光点在平面上的坐标。
）12、真空光电器件是基于什么效应的光电探测器，它的结构特点是有一个真空管，其他元件都在真空管中，真空光电器件包括哪两类。
红外检测技术试题1. 从事红外光谱研究、红在红外技术中,为便于对不同波长的红外光进行研究,一般将红外辐射分为哪四个区域？近红外(波长?=0.76～3um),中红外(?=3～6um),中远红外(?=6～2Oum),远红外(?=20～1000um)。
所谓远或近,是指红外辐射在电磁波谱中距离可见光的远、近,靠近可见光的为近红外区。
2. 外技术应用和研究中经常用到的，在大气中红外辐射透过率相对较高的3个“大气窗口”是？这3个对太阳光谱吸收较弱的区段,即2～2.6um,3～5um,8～14um,大气相对说来是比较透明的,常称为“大气窗口”3. 根据哪两个条件将红外辐射源分为电源和面源？根据辐射源几何尺寸的大小及相距探测器的远近,可分为点源和面源。
4. 简述漫辐射的点光源辐射能传播的逆二次方定律。
作为漫辐射的点光源,它辐射出的能量是以球状向空间扩展的,距离辐射源S 为R的球面上的辐射强度与R2成反比,这就是辐射能传播的逆二次方定律。
图1.7画出了在与点光源S距离为R和2R的两个球面上,置有单位面积(如1cm2)的检测器D1,D2。
设点光源S辐射于半球面内的全部红外线能量为Q,则检测器D1,D2接收到的辐射能分别为Hl,H2,H1?Q 22?RH2?QQ ?222?(2R)8?R二者之比为 H21?2 （1.11） H12曲式(1.11)可见,单位面积上所接收到的辐射能是随距离的平方而衰减的。
该衰减特性表明,对于一定辐射能的红外光源,它的有效作用距离(当检测器灵敏度给定条件下)是有限的。
为提高作用距离,或加大辐射能力度,或通过反射器(或透镜)将射线汇聚集中辐射出去。
图⒈7 点源的辐射和传播衰减5. 什么是黑体？绝对黑体是指一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收,且具有最大辐射率的物体。
它能够在任何温度下,全部吸收任何波长的人射辐射功率,即吸收率?B(?,T)?1。
黑体必然是最理想的辐射体。
实际上,在自然界中并不存在完全理想的黑体。
