遥感遥测中偏振信息的研究进展

引 言
偏振是 光的固有特性之一 。 地球表 面和大气 中的任何 目
标 物在 与 光相 互 作 用 的过 程 中 ，由于 目标 物 的表 面 结 构 、内
中 的 国 内外 研 究 现 状 和 进 展 ， 纳 了 目前 存 在 的 问 题 ，并 提 归
出了开展偏振遥感探测的建议 ，以期为后续 的同类研究 提供 参考 。
法 。１ ５ 斯托 克斯 提 出用 ４个 斯 托 克 斯参 量来 描 述 任 一 光 ８ ２年
特性和几何 特性 丢失 了许 多信息 ，而偏 振遥感探测是对 电磁
波 的 辐 射 强 度 、 向 、 位 以及 偏 振 状 态 等 波 谱 特 性 进 行 描 方 相
述， 是传统遥感探测 的一个有益补充 ，把信息量 从三维 空间 （ 光强 、光谱 和空间） 扩充到七维空间（ 光强、光谱 、空间 、偏 振度 、 偏振方位角 、 振椭 率和旋转 的方 向） 有助于提高 目 偏 ，
第 ４ 期
Ｉ— Ｉ ｏ— Ｉ。 Ｉｏ ｏ＋ ９。一 ５＋ Ｌ４ 。 ５
光谱学与光谱分析
１ ８ ０９
度 ， 得 了较 好 地 测 量 效 果 ｌ 美 国西 北 大 学 利 用 光 栅 和 分 取 ２ 。
Ｑ — Ｉ－ １。 ｏ 一 ９ 。
基金项 目：国家 自然科学基金项 目（０ ７ ０ ３ 资助 ４８６９）
作 者 简 介 ：弓洁 琼 ， ，１８ 女 ９ ０年 生 ，中 国科 学 院 南海 海 洋 研 究 所 博 士研 究 生 ＊通 讯 联 系 人 ｅｍａｌ ｈ ｚ ａ ＠ ｓｓ ． ｃｃ － ｉ ｇ ｈｎ ｃｉ ａ．ｎ ： ｏ
斯 矢 量 定 义 如下
卜 ＝ （ （） ＋ （ （） ＞ ＞
关注 。 遥感 中偏振信息 的重要性 已得到美 国国家航 空航天局
（ ＮＡＳ 的 认 可 。国 内外 许 多科 研 机 构 对 偏 振 探 测 展 开 了 Ａ） ］ 大 量 研 究 ，主要 涉 及 偏 振 理 论 、数 学 方 法 和 模 型 、偏 振 测 量
Ｑ 一 （ （） 一 （ （） ￡） ）
Ｓ
和仪器 、 置和定标及遥感应用等 方面 。 振探测在 云和大 装 偏 气气溶胶 的探测 、 地质勘探 、 找矿 、土壤分析 、 环境监测 、 资 源调查 、农作 物估产 、海洋 开发利用 、灾害估计 、农林 牧业 发展 、军事 侦察应用 、天体探 测 、 物医药 等领 域都具 有重 生 要 的应用价值＿ ］ ３ 。本文从偏振探测 原理 、研究方法 、偏振 ｊ
部 结构 以及 光入射 的角度不 同， 都会产 生其 自身性质决定 的 特征偏 振 ，即光的偏振状态的变化 包含 了这些作用对象 的物
理 状 态 信 息 。由于 传 统 遥 感 探 测 只 考虑 了 电 磁 波 的辐 射 强 度
１ 偏 振 探 测 的原 理
完整 的描述光波偏振态 的方法有 ４种【１ ： 角函数表 ８ｏ 三 ＿ｌ 示法 、琼斯矢量表示法 、 托克斯矢 量表示法 、邦加球 表示 斯
文献标识码 ： Ａ Ｄ ：１． ９ ４］ｉ ｎ １０ —５ ３ ２ １ ）４１８ —８ ＯＩ ０ ３ ６／． ｓ． ０ ００ ９ （０ ０ ０—０ ８０ ｓ
中 图分 类 号 ： ５． ０６ ７ ３
探 测 仪 和 偏 振 信 息 的 应 用 ４ 方 面 ， 结 了偏 振 在 遥 感 探 测 个 总
遥 感 遥 测 中 偏 振 信 息 的 研 究 进 展
弓洁琼 ， 詹海 刚 ，刘大召
中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力重点实验室 ，广东 广州 ５ ０ ０ １３１
摘
要
偏振是光的固有特性之一 。地球 表面和大气 中的任何 目标物在 与光 相互作用 的过程 中，由于 目标
物的表面结构 、内部结构 以及光入射的角度不同 ， 都会产生其 自身性质决定 的特征偏振 。而偏振 遥感探测就 是 以目标物辐射能量的偏振特征作 为探测信息 ， 以在 复杂的背景 中提取 目标 的七维信息并 很好地 分辨 目 可 标物上低反射区域和 目标轮廓 ， 解决 了传统遥感 所不能 解决 的大 气探测 和伪 装识别 方面 的问题 ， 有 良好 具 的应用前景 。 文章介绍 了偏振遥感遥测的机理 ， 详细 阐述 了偏振探测的理论模拟 、 偏振遥感探测仪以及偏振 遥感探测技术在大气探测 、 地球资源探测 、 海洋表面与水下探测 、 生物 医学 、天文探测 、军事等 领域应用 的 国内外研究概况 、 水平和发展趋势 ，归纳 了 目前存在 的问题 ，并指 出 目前 国 内外偏振探测 技术的研究方 向 ， 以期为后续的同类研究提供参考。 关键词 偏振遥感探测 ； 斯托克斯矢量 ； 偏振度 ； 偏振角
收 稿 日期 ： ０ ８１—２ ２ ０ —２１ 。修 订 ｌ期 ：２ ０—３０ ｉ ｔ ０ ９０ —８
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标探测和地物识别 的准确度 ｌ］ １ ，故 偏 振 遥 感 探 测 日益 受 到
波的强度 和偏振态 ；由于被 描述 的光可 以是 完全偏振 光、部 分偏振 光和 自然光 ，可以是单色光也可 以是 非单色光 ，并且
这 ４ 斯 托 克 斯 参 量 都 是 光 强 的 时 间 平 均 值 ，能 够 直 接 测 个 量 ， 在 遥 感 遥 测 过 程 中 多 用 斯 托 克 斯 矢 量 表 示 法 。斯 托 克 故
第３ 卷 ， ４ ０ 第 期 ２０１０ 年 ４ 月
光
谱
学
与
光
谱
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分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ４ ｐ １ ８ — ０ ５ １３ ， ． ， ｐ ０ ８ １ ９ Ａｐ ｉ，２ ０ ｒｌ ０１