用于大气成分成像分析的远焦和远心系统的设计与研究(3)
第二章“大气成分成像系统原理”，首先介绍了偏振光的基本理论，重点阐述了斯托克斯矩阵分析方法，简介了偏振激光雷达的原理，从而引入重点阐述了大气成气体的非直观成像的分析方法以及基本应用。
第三章“大气成分成像系统设计”，介绍用于大气成分成像分析的远焦和远心的系统原理及性能、使用方式，重点介绍了成像软件的研究数据与分析方法，得出不同大气成分含量的区别方法。
第四章“大气成分成像实验以及结果分析”，本章首先通过两组重要的实验，对某地区白天的大气和利用气溶胶发生器混入气体的大气分别进行成像，得出斯托克斯参数的能量图和光强曲线，通过两组数据的比较得出结论并对测量结果进行分析和校正，得出结论。
第五章“结论与展望”，对全文进行了总结，分析了存在的问题和研究的目标，并对未来的科研方案提出了下一步的发展方向。
2. 大气成分成像系统原理
2.1测量基本原理
2.1.1利用偏振光成像的基本理论
光是一种电磁波，所以也是矢量波，是横波。因此要完整描述一个电磁波，就要指明它的幅度、相位和频率以及它的矢量方向。
光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。只有横波才能产生偏振现象。振动对称于传播方向的光被称为非偏振光。偏振光分为线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光。 完全偏振光所占部分偏振光的总强度的比例叫做偏振度。偏振度P可以表示偏振光的偏振程度，为偏振光沿某一方向上所具有的能量最大值，为在其垂直方向上具有的能量最小值。
利用某种类型的偏振光来照射被检测物质，经被测物与偏振光的相互作用后的偏振光的偏振信息将按某种规律产生相应的变化，通过检测这种偏振信息的变化规律来实现测量该被测物的属性，是偏振探测的理论基础。
由于在通常情况下人的视觉系统对光的强度特征和波长（也就是颜色）特征的感知都比较敏感，而对于同样是光的基本特征的光的偏振特征难以直接感知，因此一般的图像处理技术都是都是基于光的强度特征和波长特征所提供的信息来分析、理解整个图片的信息的。但是这样直接探测光的强度特征和波长特征所提供的信息会使得现有的图像处理、分析以及处理算法很复杂。且直接探测光的这些感官敏感的基本特征只能对图像中目标的轮廓、属性等作一些较简单的分析，而对图像中目标的一些本质特征(如材质、细节等)难以做出正确的分析理解。 通过研究偏振光与物质的相互作用，找出作用的规律，就可以以此来检测物质的固有属性。同时可以对所研究的各向均匀的物质施加外界作用（电场、磁场、外力等）使之呈现出一定的偏振特性，通过检测所呈现的偏振特性，以达到检测这些外界作用的属性的目的。
偏振激光雷达对大气的探测利用的是通过后向散射方向粒子的线偏光退偏振比δ 和圆偏光退偏振比δ 来描述光散射偏振特性。 偏振激光雷达发射的激光为线性偏振光，接收器接收到的信号为与大气作用后的激光信号，此信号通过偏振分光元件后相对于激光光源的偏振方向被分为线性偏振方向相互垂直的两路信号，这两个通道的回波信号可以被划分为垂直信号与平行信号。平行回波信号反映激光雷达的探测信息，垂直回波信号与平行回波信号之比也就是要衡量的退偏振比 δ 反映了散射粒子的形状。
大气成分成像的远焦系统采用的就是是偏振成像。在某种介质中传输的光，与介质发生相互作用后，它的偏振状态的斯托克斯参数会发生变化，改变的大小与介质的种类，数量等密切相关。 向大地投射的太阳光，会在大气中与大气中的各种气体发生作用，经过反射、折射、散射、吸收等作用后其偏振信息会发生变化，该变化包含这些对太阳光作用的对象的各种信息，通过检测光的偏振信息的变化就可以达到检测大气中气体的成分和含量的目的。
下一篇：Matlab二元衍射微透镜的设计