[发明专利]基于成像理论的大气偏振模式的建立及其畸变程度分析方法

摘要

本发明公开了一种基于成像理论的大气偏振模式建模方法，其步骤包括：1根据瑞利模型，构建大气偏振模式；2分析大气偏振模式在相似成像理论和实际采集的非相似成像理论情况下的差异；3分析获取大气偏振模式的偏振成像系统的光路传输特性；4根据偏振成像系统的光路传输特性，构建一种基于成像理论的大气偏振模式建模方法；5根据该模型计算出大气偏振模式经过偏振成像系统后的畸变程度。本发明能够实现不同成像系统、不同太阳位置以及不同观测位置等条件下，实际天空中的大气偏振模式的合理描述，对偏振数据解算精度有所帮助，也为建立更准确的可解析的大气偏振模式表征模型提供了新思路。

主权项

1.一种基于成像理论的大气偏振模式建立方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1：根据瑞利模型，构建大气偏振模式；步骤1.1：以观测者位置为原点O，以向着天顶点的方向为Z轴，以正东方向为X轴，以正北方向为Y轴，建立球形空间坐标系OXYZ；令天空球面上任意一点为其中，r是天空球面的半径，θ_T是点T的天顶角，是点T的方位角；令太阳在天空球面上的空间位置为其中，θ_s为太阳的天顶角，为太阳的方位角，令太阳的高度角h_s＝90°‑θ_s；则利用式(1)得到天空球面中任意一点处的偏振角α_T：步骤1.2：利用式(2)得到散射光的偏振度P：P＝P_maxsin²γ_T/(1+cos²γ_T)    (2)式(2)中，P_max表示最大偏振度；γ_T为散射光在点T处的散射角度，并有：步骤2：将天空球面近似为“物在无限远处”，从而利用式(4)得到物体在无限远时成像高度的理想像高度y₀：y₀＝f tanω        (4)式(4)中，f代表鱼眼镜头焦距，ω代表镜头的半视场角；步骤3：分析各个大气偏振模式下的光路传输特性；步骤3.1：利用式(5)得到等距成像模式下成像高度y₀与镜头的半视场角ω的关系式：y₀＝fω      (5)步骤3.2：利用式(6)得到等立体角成像模式下成像高度y₀与镜头的半视场角ω的关系式：步骤3.3：利用式(7)得到体视成像模式下成像高度y₀与镜头的半视场角ω的关系式：步骤4：各个成像模式下构建大气偏振模式：步骤4.1：在等距成像模式下构建大气偏振模式：在所述球形空间坐标系OXYZ中，令T′代表鱼眼镜头等距成像模式下，点T投影到二维平面OXY上的点，令点T的高度角h_T＝90°‑θ_T，其中θ_T等于点T所在镜头的半视场角ω；利用式(8)得到天空球面上任意一点在等距成像模式下的空间坐标T(x_T,y_T,z_T)：步骤4.2：由式(1)和式(8)得到式(9)：由式(3)和式(8)得到式(10)：步骤4.3：利用式(11)得到天空球面上任意一点在等立体角成像模式的空间坐标T(x_T,y_T,z_T)：步骤4.4：由式(1)和式(10)得到式(11)：由式(3)和式(10)得到式(12)：步骤4.5：利用式(13)得到天空球面上任意一点在体视成像模式下的空间坐标T(x_T,y_T,z_T)：步骤4.6：由式(1)和式(13)得到式(14)：由式(3)和式(13)得到式(15)：