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成像式偏振测量的关键问题研究

作　者: 张鹏
导　师: 杨建义；李宇波
学　校: 浙江大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 偏振测量 Stokes矢量 Mueller矩阵液晶调制器
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 48次
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内容摘要

偏振作为光的基本属性之一,其中蕴含着被测物的众多特征信息,因此在光学测量领域,偏振检测是一种不可忽视的基本测量手段,在目标识别、生物医学、地物遥感以及天文、机器视觉、军事等领域都有重要应用。由于人眼无法直接感知光的偏振信息,如何建立快速、高精度的偏振测量装置,是国内外的研究热点之一。本文主要研究了成像式的偏振测量系统中,在装置建立和测量结果分析及应用等方面的关键问题。在理论上,根据所采用的液晶和双CCD的测量结构,经推导和计算,提出了四次调制的全Stokes矢量测量方案,该方案所需的计算复杂度低,利于程序编写和处理。在测量装置建立中,研制了一个具有像素级匹配精度的双CCD模块,在此模块基础上,搭建了以DSP处理器为控制核心的全Stokes矢量测量装置,以及应用于显微镜的Mueller矩阵图像测量系统。在对偏振测量结果的分析中,重点讨论了由Stokes参数计算得到的各种偏振相关图像,如偏振度、偏振角、椭圆率角等参数,研究了偏振信息在被测物识别和测量中的意义。文章还对偏振测量系统进行了定标测试和误差来源分析,并在此基础上对测量结果进行修正,实现了较高的测量精度。本文研究的内容为偏振测量方法的实用化提出了可靠的技术方案。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目次  7-9
1 绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
  1.2 基于矩阵的偏振光描述方式  10-12
  1.3 成像式偏振测量的应用及研究现状  12-18
    1.3.1 目标检测  13
    1.3.2 生物医学  13-14
    1.3.3 地物遥感  14
    1.3.4 大气和天文研究  14-15
    1.3.5 材料学、介质性质和表面性质研究  15-16
    1.3.6 计算机视觉  16
    1.3.7 军事应用  16
    1.3.8 偏振成像测量的发展趋势  16-18
  1.4 论文的主要内容与结构安排  18-20
2 成像式偏振测量方案  20-35
  2.1 基于单液晶和双CCD的全Stokes矢量成像测量  20-29
    2.1.1 液晶特性与装置结构  20-21
    2.1.2 调制方法的理论推导  21-24
    2.1.3 棱镜与双CCD的封装方法  24-26
    2.1.4 DSP软件流程及优化  26-29
  2.2 基于分立偏振元件的Stokes图像测量  29-32
  2.3 基于单液晶和双CCD的Mueller矩阵图像测量  32-34
  2.4 小结  34-35
3 偏振图像测量结果与应用分析  35-49
  3.1 偏振度图像  35-40
  3.2 偏振角图像  40-42
  3.3 椭圆率角图像  42-44
  3.4 去偏振图像  44-45
  3.5 偏振参数的非线性映射  45-48
  3.6 小结  48-49
4 成像式偏振测量装置定标和误差分析  49-61
  4.1 成像式偏振测量装置定标方法  49-50
  4.2 对线偏振光的定量测量  50-51
  4.3 对圆偏振光的定量测量  51-53
  4.4 测量误差来源分析  53-59
    4.4.1 系统封装固定时角度误差  53-55
    4.4.2 液晶调制器的相位调制误差  55-57
    4.4.3 偏振元件的非理想性  57-58
    4.4.4 CCD响应的线性度  58-59
  4.5 小结  59-61
5 总结与展望  61-63
  5.1 总结  61
  5.2 展望  61-63
参考文献  63-70
作者简历及在学期间所取得的科研成果  70

成像式偏振测量的关键问题研究

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