目标探测与识别是现代战争中进行有效打击的前提 。基于偏振激光主动成像的目标探测与识别 ,是用偏振激光照射目标 , 然后根据不同材料目标反射光的偏振度差异和偏振图像来进行探测与识别一种新技术 。 20世纪 90年代初 , 美国 CREOL学院研制的偏振激光主动成像仪能够成功地将金属目标从非金属中探测与识别出来 ; 美国麻省理工学院(M IT)林肯实验室研制的小型主动式超光谱成像系统中 , 也使用偏振信息来进行地形和植被特征的描述  。

偏振光的 S tokes参量法描述

偏振光的数学描述通常有两种方法 : 一种是Jones矢量法 , 一种是斯托克斯 (S tokes- M uller)参量法 , 在目标识别过程中一般使用 Stokes- M uller体系解释光在光路中传播以及在目标表面反射时发生的偏振态的变化 。Stokes参量法使用四个相互独立的参量 I, Q ,U , V来完全描述一束光线的偏振状态 ,各参量定义如下

:I =〈EXEX * + EYE> (1)

Q =〈EXEX * -EYE* Y 〉 (2)

U =〈EXEY * + EYE* X 〉 (3)

V =j〈EXEY * -EY EY * 〉 (4)

式中, EX 和 EY 分别表示电场在 X 轴方向或 Y 轴方向的分量,光波是沿着 Z 轴方向传播。其中 I表示光波的总强度, 因而总是正的  。 Q 表示 X 方向与 Y方向上的线偏振光的强度差, 根据 X 方向占优势、Y方向占优势或是一样, Q 取值正、负或零。 U 表示+45° 方向与 - 45° 方向上的线偏振光的强度差 ,根据 +45° 方向占优势 、 - 45° 方向占优势或是一样, U取值正 、负或零 。 V表示右旋还是左旋圆偏振分量占优势 ,根据右旋方向占优势、左旋方向占优势或是一样, V取值正、负或零。由于圆偏振分量很小, 相对于仪器的误差可以忽略 ,故通常取为零 。

因此 ,要完全确定一束光的偏振态 ,需要三个独立数据来建立方程组求解 I、Q、U。由 I的表达式易知,在与 X 轴的夹角为 α的方向上 ,观测到的光强为:I(α ) =12 (I + Q cos2α+ U sin2α ) (5)

只要测出三个不同角度处的线偏振分量光强 ,即可解得参量 I、Q、U 。当 α分别为 0° 、60° 、120° 三个不同角度时,以下关系成立:

I =2/3 [ I(0° ) +I(60° )+I(120° )]

Q =4/3 [ I(0° ) - 1 2 I(60° ) - 1 2 I(120° )]

U =2/3[ I(60° ) - I(120° )]

如果参量 I、Q、U 确定了 ,那么整束光的偏振状态就完全确定了 。因此 , 若测出光线在三个不同角度的线偏振分量的光强 , 就可以定量确定整束光的偏振状态 。

另一个描述偏振状态的参量是偏振度 P ,可以用下式定义 :

P = Q2 + U 2 /I (7)

若探测器的光强增加到 k 倍, 由式 (7)可知 I、Q、U也增加到 k倍 , 此时偏振度 P′= P, 仍保持不变 。由此可知,当外界光强变化时,偏振图像的偏振度保持不变 ,而强度图像的清晰度和对比度则会发生变化 ,因此 ,偏振图像与偏振度便成为目标探测与识别的重要信息  。