基于偏振光遥感的液体偏振反射特征研究

基于偏振光遥感的液体偏振反射特征研究

传统的辐射研究和光度学已经使用了很长时间。振动激发的诞生是空间遥感技术发展的必然结果。以往的遥感解释主要基于目标的个体光谱特征，其中二维信息被获得，而雄心勃勃的遥感知识可以获得三维信息，为反演实现目标结构提供基础。水是生命之源,水对人类生态环境起着至关重要的作用,研究液态水、机油以及柴油等液面偏振反射特征,对于环境保护、水资源的监测具有重大理论意义与广泛的应用前景.目前对于液体表面偏振反射的研究状况国内外均未见具体报道.本文所用数据资料均由课题组实测获得.1液体样品和位移数据的采集1.1水柴油被测的实验样品有3种:水,采自长春市居民饮用的自来水,水质清彻透明,无污染.机油与柴油,由东北师范大学车队提供的常用商品油,机油颜色灰褐稍带蓝色,流动性明显不如水;柴油,浅橙黄色,流动性与水相近.1.2偏振片波长波长的选择为了获得液体样品的偏振反射数据,利用偏振反射光度计来进行测量,该仪器由计算机控制,对被测定样品偏振反射数据进行自动采集与处理.为了叙述方便,把偏振片透光轴的方向规定为0°方向,而把其正交方向规定为90°方向,以后简称0°偏振和90°偏振,并把波长630～690nm的波段命名为A波段,把波长760～1100nm的波段命名为B波段.每个波段有7个探测头,从0°～70°,每隔10°固定一个探测头.7个光源位置的设置与探测头设置相同.方位角为0°～350°,每隔10°采集一个数据.2偏振曲线分析液面的偏振反射特征是由许多因素决定的,据我们研究的结果表明,其主要影响因素有光线方位角α,入射角β,探测角γ,偏振角θ,液体的种类与波段等.这些影响因素的定量刻画可由以下偏振曲线的分析得出.2.1不同方位角的偏振反射测试作为遥感目标的液体种类,最重要的就是水,其次是被固体或别的液体、气体污染的水等,不过本文重点是以水的偏振反射为例来研究液面偏振反射的共性规律.从图1的偏振曲线清楚看出,三种不同的液体,其表面的反射比显然不一样,柴油反射比的峰值最大,机油次之,水最低.测试的条件是B波段,光线入射角为30°,探测角为30°,方位角为0°～350°.此时得到三条曲线,曲线的值在方位角160°～200°之间变化明显,在方位角180°处出现峰值.在图1的条件下,换成A波段测试结果亦与B波段相同.而在其他方位角处,曲线变化很小,几乎趋近一个常值.因此,把目标方位角在160°～200°范围内的偏振反射作为重点研究对象.2.2入射角不同的影响图2和图3分别是水在A波段和B波段,光线入射天顶角分别为30°,40°,50°,探测角为50°,偏振角为0°和90°时的反射比曲线.由此可以看出,在探测角相同,光线入射角不同的条件下,只有当入射角等于探测角时,即β=γ=50°时水的偏振反射才存在峰值,而其他反射角时,则为零.并且在偏振角为0°,方位角为180°时,其反射比峰值为最大;而在偏振角为90°时,反射比值明显变小.在方位角为160°～190°时变化明显,其他方位角处反射比为零.2.3偏振反射比曲线图4和图5分别是水面在A波段与B波段,光线入射角为50°,探测角分别为30°,40°,50°,偏振角为0°和90°时的偏振反射比曲线.由这两个图可知,只有当探测角等于入射角,且光线入射角固定的条件下,水的表面偏振反射比才有峰值出现,其他探测角时偏振反射比为零.最大值仍在方位角180°处出现,同样0°偏振出现最大峰值,而90°偏振出现最小峰值.在方位角160°～190°时,反射比变化明显,而其他方位角处均为零.2.4入射角稳定性从图3与图5,图2与图4中可以看出水的偏振反射,无论是探测角固定、入射角变化,还是入射角固定、探测角变化,均在160°～200°之间变化明显,峰值出现在方位角180°处,其他方位角处基本为零,并且曲线相同.2.5反射比值的测量图2和图3分别是水表面在A,B两个波段的偏振反射比曲线,它们都是在探测角为50°,光线入射天顶角分别30°,40°,50°时的条件下测量的,显而易见,反射比值之所以不同,是由波段不同造成的.3煤系液体实际入射角qp的偏振反射特征我们对机油、柴油等液体也做了同样的测量研究,得到的结论与水完全相同.只是受篇幅限制,未能在文中一一列出,只能以水为例阐述液面偏振反射的共性规律.因而通过上述分析,基本可以得出以下结论.(1)不同液体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、不同的光线入射天顶角、不同探测角的条件下,它们的偏振反射比存在共性,当入射角等于探测角时,在0°偏振时反射比出现最大峰值,而在90°偏振时反射比出现最小峰值,峰值位置均在方位角180°处.凡是入射角不