基于偏振光遙感的液體偏振反射特征研究

基于偏振光遙感的液體偏振反射特征研究

傳統(tǒng)的輻射研究和光度學(xué)已經(jīng)使用了很長時(shí)間。振動(dòng)激發(fā)的誕生是空間遙感技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。以往的遙感解釋主要基于目標(biāo)的個(gè)體光譜特征，其中二維信息被獲得，而雄心勃勃的遙感知識(shí)可以獲得三維信息，為反演實(shí)現(xiàn)目標(biāo)結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。水是生命之源,水對人類生態(tài)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用,研究液態(tài)水、機(jī)油以及柴油等液面偏振反射特征,對于環(huán)境保護(hù)、水資源的監(jiān)測具有重大理論意義與廣泛的應(yīng)用前景.目前對于液體表面偏振反射的研究狀況國內(nèi)外均未見具體報(bào)道.本文所用數(shù)據(jù)資料均由課題組實(shí)測獲得.1液體樣品和位移數(shù)據(jù)的采集1.1水柴油被測的實(shí)驗(yàn)樣品有3種:水,采自長春市居民飲用的自來水,水質(zhì)清徹透明,無污染.機(jī)油與柴油,由東北師范大學(xué)車隊(duì)提供的常用商品油,機(jī)油顏色灰褐稍帶藍(lán)色,流動(dòng)性明顯不如水;柴油,淺橙黃色,流動(dòng)性與水相近.1.2偏振片波長波長的選擇為了獲得液體樣品的偏振反射數(shù)據(jù),利用偏振反射光度計(jì)來進(jìn)行測量,該儀器由計(jì)算機(jī)控制,對被測定樣品偏振反射數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集與處理.為了敘述方便,把偏振片透光軸的方向規(guī)定為0°方向,而把其正交方向規(guī)定為90°方向,以后簡稱0°偏振和90°偏振,并把波長630～690nm的波段命名為A波段,把波長760～1100nm的波段命名為B波段.每個(gè)波段有7個(gè)探測頭,從0°～70°,每隔10°固定一個(gè)探測頭.7個(gè)光源位置的設(shè)置與探測頭設(shè)置相同.方位角為0°～350°,每隔10°采集一個(gè)數(shù)據(jù).2偏振曲線分析液面的偏振反射特征是由許多因素決定的,據(jù)我們研究的結(jié)果表明,其主要影響因素有光線方位角α,入射角β,探測角γ,偏振角θ,液體的種類與波段等.這些影響因素的定量刻畫可由以下偏振曲線的分析得出.2.1不同方位角的偏振反射測試作為遙感目標(biāo)的液體種類,最重要的就是水,其次是被固體或別的液體、氣體污染的水等,不過本文重點(diǎn)是以水的偏振反射為例來研究液面偏振反射的共性規(guī)律.從圖1的偏振曲線清楚看出,三種不同的液體,其表面的反射比顯然不一樣,柴油反射比的峰值最大,機(jī)油次之,水最低.測試的條件是B波段,光線入射角為30°,探測角為30°,方位角為0°～350°.此時(shí)得到三條曲線,曲線的值在方位角160°～200°之間變化明顯,在方位角180°處出現(xiàn)峰值.在圖1的條件下,換成A波段測試結(jié)果亦與B波段相同.而在其他方位角處,曲線變化很小,幾乎趨近一個(gè)常值.因此,把目標(biāo)方位角在160°～200°范圍內(nèi)的偏振反射作為重點(diǎn)研究對象.2.2入射角不同的影響圖2和圖3分別是水在A波段和B波段,光線入射天頂角分別為30°,40°,50°,探測角為50°,偏振角為0°和90°時(shí)的反射比曲線.由此可以看出,在探測角相同,光線入射角不同的條件下,只有當(dāng)入射角等于探測角時(shí),即β=γ=50°時(shí)水的偏振反射才存在峰值,而其他反射角時(shí),則為零.并且在偏振角為0°,方位角為180°時(shí),其反射比峰值為最大;而在偏振角為90°時(shí),反射比值明顯變小.在方位角為160°～190°時(shí)變化明顯,其他方位角處反射比為零.2.3偏振反射比曲線圖4和圖5分別是水面在A波段與B波段,光線入射角為50°,探測角分別為30°,40°,50°,偏振角為0°和90°時(shí)的偏振反射比曲線.由這兩個(gè)圖可知,只有當(dāng)探測角等于入射角,且光線入射角固定的條件下,水的表面偏振反射比才有峰值出現(xiàn),其他探測角時(shí)偏振反射比為零.最大值仍在方位角180°處出現(xiàn),同樣0°偏振出現(xiàn)最大峰值,而90°偏振出現(xiàn)最小峰值.在方位角160°～190°時(shí),反射比變化明顯,而其他方位角處均為零.2.4入射角穩(wěn)定性從圖3與圖5,圖2與圖4中可以看出水的偏振反射,無論是探測角固定、入射角變化,還是入射角固定、探測角變化,均在160°～200°之間變化明顯,峰值出現(xiàn)在方位角180°處,其他方位角處基本為零,并且曲線相同.2.5反射比值的測量圖2和圖3分別是水表面在A,B兩個(gè)波段的偏振反射比曲線,它們都是在探測角為50°,光線入射天頂角分別30°,40°,50°時(shí)的條件下測量的,顯而易見,反射比值之所以不同,是由波段不同造成的.3煤系液體實(shí)際入射角qp的偏振反射特征我們對機(jī)油、柴油等液體也做了同樣的測量研究,得到的結(jié)論與水完全相同.只是受篇幅限制,未能在文中一一列出,只能以水為例闡述液面偏振反射的共性規(guī)律.因而通過上述分析,基本可以得出以下結(jié)論.(1)不同液體的液面具有不同的偏振反射特征.(2)不同的液面在不同的波段、不同的光線入射天頂角、不同探測角的條件下,它們的偏振反射比存在共性,當(dāng)入射角等于探測角時(shí),在0°偏振時(shí)反射比出現(xiàn)最大峰值,而在90°偏振時(shí)反射比出現(xiàn)最小峰值,峰值位置均在方位角180°處.凡是入射角不