偏振成像是一种新的光电探测体制，它可以获得比传统成像多一维的场景信息，不仅能提供二维空间的光强分布，还能获得目标和背景的偏振信息，在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。
据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院光电信息处理重点实验室罗海波研究员课题组在《红外与激光工程》期刊上发表了以“偏振成像技术的发展现状与展望”为主题的综述文章。罗海波研究员主要从事图像处理、模式识别与智能系统、成像跟踪、智能控制、并行信号处理器体系结构等方面的研究工作。
这项研究对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结，总结了偏振成像的实现方法，当前学术界在场景的偏振特性、偏振的传输特性、偏振成像探测器、分焦平面偏振图像非均匀性校正、分焦平面偏振图像超分辨率重建以及偏振图像融合等领域的最新研究成果。在此基础上，对偏振成像的未来发展方向进行了展望，包括高消光比焦平面偏振探测器、分焦平面多光谱偏振探测器、高精度非均匀性校正方法、偏振图超分辨率重建方法以及强度图和偏振度/偏振角图融合方法等。
在民用领域，偏振成像可用于透明材质的表面损伤检测，高反光/高辐射、无纹理目标的三维测量，复杂现场中金属与非金属目标的快速识别和分类，金属疲劳损伤评估以及医学临床诊断等。在军事应用领域，偏振成像可用于反伪装、抗干扰、提高对目标的探测距离以及目标分类等。根据基尔霍夫理论，在相同条件下，目标辐射源的光谱发射率与吸收率相等，并且两个互相垂直的分量对应不同的发射率和吸收率，导致热辐射也会表现出偏振效应，所以地球表面和大气中的所有目标在发射和反射电磁辐射的过程中都会表现出由它们自身性质和辐射基本定律决定的偏振特性。
两种场景的红外偏振成像结果
国外在20世纪70年代就开始了偏振成像技术的研究，经过数十年的发展，偏振成像技术取得了长足的进展，但应用主要还集中在遥感领域。从技术路线看，目前典型的偏振成像方式主要有分时型、分振幅型、液晶调制型、分孔径型、分焦平面型和通道调制型，下表为上述方式的典型特征总结。
表 典型偏振成像方法的技术特点
分焦平面偏振传感器IMX250 MZR 的结构示意图
自2000年美国陆军研究实验室报道分焦平面长波红外偏振热成像仪以来，分焦平面偏振成像以其体积小、兼容性好、同时成像以及可适用于动态场景等特点，逐渐成为偏振成像领域的主流技术。基于此，围绕分焦平面偏振成像关键技术，对其发展现状总结了四点：（1）微偏振阵列和焦平面的装配容差分析；（2）分焦平面偏振图像非均匀性校正；（3）分焦平面偏振图像超分辨率重建；（4）偏振图像融合。
在目标和背景偏振特性研究方面，目前的研究工作只考虑了几种典型影响因素，大多只给出了一些定性的结论，建立的模型在精度和准确度方面还有待于进一步提高，采用模型预测的结果与实际测量值还有较大的差距。未来需要进一步通过丰富材质库及其电磁学特性参数、综合大气程辐射引起的偏振特性和复杂场景，以及其他影响目标反射和辐射特性等因素的方式，完善目标和背景偏振特性预测模型，以进一步提高模型的预测精度，为目标探测方案的选择以及实际工程应用中的任务规划提供依据。此外，还需研究典型自然和人为干扰的偏振特性，以为偏振成像探测抗干扰方案的选择以及抗干扰算法设计提供依据。
在偏振传输特性研究方面，目前的工作集中在大气和水介质的传输特性研究，主要研究了大气气溶胶和水介质散射的影响。未来需进一步研究烟雾弹、水幕以及其他遮蔽干扰对偏振的影响，为偏振成像抗干扰方案设计提供理论支撑。从偏振信息获取方式来看，偏振成像从“时序型”向“空间型”、从“体积大、结构复杂”向“轻小型、集成化、模块化”、从“窄波段”向“宽波段、全波段”发展。分焦平面偏振成像系统具有结构紧凑、体积小和高实时性等优点，是当前偏振成像的研究热点。
等效消光比是偏振成像探测系统的一个关键指标，决定着探测系统的检偏能力、抗干扰性能以及偏振信息的利用效率。影响消光比指标的因素主要有偏振光栅自身的性能以及装配工艺，偏振光栅的性能可通过优化设计参数和加工工艺提高；装配工艺则需要通过提高对准精度、减小偏振光栅和感光单元间的间距来减小性能的退化。
偏振成像技术面临着诸多挑战，如红外偏振成像非均匀性校正方面还有待于进一步提高，在偏振图像超分辨率重建方面、图像融合方面研究还需进一步深化等，都是是未来努力的方向。
