综述：偏振成像传感器中干扰抑制方法的最新进展

《Optics and Lasers in Engineering》：Recent progress of interference suppression methods for polarization imaging sensors

偏振成像传感器通过检测光偏振特性获取更多信息，广泛应用于医学、军事和安防领域，但内部组件干扰和外部环境复杂度影响成像质量与精度，需通过结构优化、算法改进及后处理校正等方法抑制干扰，未来需突破现有抑制方法的局限性。

　　

李晓阳|郭晓涵|李远浩|贾子颖|张凯|孔芳

中国哈尔滨工程大学水下声学技术国家重点实验室，哈尔滨，150001

摘要

偏振成像传感器通过测量光的偏振状态，能够比传统相机收集更多关于场景的信息。由于其优越的测量精度和适用性，这些传感器已在医疗、军事和安全监控等多个领域得到广泛应用。然而，在设计和应用过程中有效抑制内部和外部干扰因素对检测结果的影响仍然是一个亟待解决的问题。本文总结了各种干扰因素及其对检测结果的影响，并重点介绍了多种干扰抑制方法的进展。通过优化传感器结构和成像技术、分析目标和环境的偏振特性变化以及应用偏振图像的后处理方法，偏振成像传感器的性能得到了显著提升。此外，本文还分析了当前干扰抑制方法的局限性，这些问题有望在未来得到解决。我们希望这篇论文能帮助相关领域的学者和研究人员，并激发更多的思考和研究成果。

引言

偏振作为光的基本特性，在任何涉及光学的研究领域都具有重要意义和应用价值[1]。偏振视觉在简化复杂的图像理解任务方面表现出色，而这些任务仅依靠人眼的强度视觉是难以完成的[2]。这一优势，加上其在图像理解中的广泛应用，促使了能够检测和处理偏振信息的传感器的开发和制造。

现代偏振成像传感器主要分为时间分割（DoT）[3]、幅度分割（DoAM）、液晶（LC）调制[4]、焦平面分割（DoFP）[5]、孔径分割（DoA）[6]以及通道调制类型。此外，越来越多的采用新型工作原理的偏振成像传感器正在被开发出来。偏振成像传感器出色的检测能力使其在目标识别、医学成像、遥感和导航等多个领域得到广泛应用[7,8]。

偏振传感器的性能和测量精度通常通过斯托克斯参数（Stokes parameters）的消光比和测量误差、偏振度（Degree of Polarization, DoP）以及偏振角（Angle of Polarization, AoP）来衡量，而偏振图像的质量则通过空间分辨率和均匀性来评估。偏振成像传感器的设计和应用常常面临内部干扰，如偏振单元之间的串扰，以及来自复杂外部环境的干扰，这些因素往往会导致图像质量和测量精度的下降。例如，传感器内部元件及其相互干扰可能会直接影响所获取偏振信息的完整性和准确性；不同材料和表面粗糙度的物体具有不同的光吸收和散射特性，可能会改变其偏振状态；复杂的气候条件和环境因素也可能影响光的传播和目标的偏振特性，从而阻碍偏振信息的获取[9,10]。为了解决这些问题，偏振成像传感器的设计和应用通常包括多种策略来提高偏振成像的质量和精度，包括优化传感器架构、改进图像处理算法以及进行误差后处理。

因此，分析各种干扰因素并寻找抑制干扰或减少其影响的方法是一个重要的研究方向。如图1所示，本文回顾了影响偏振成像传感器的干扰因素，重点关注了其结构特性和外部环境。同时，还介绍了在结构改进、外部干扰抑制以及偏振图像误差校正方面的进展。

部分内容摘要

偏振成像传感器内部干扰抑制方法

偏振成像传感器使用偏振光学元件（如偏振滤光片和偏振光栅）将光分离成特定方向，然后光敏单元捕获偏振光中的图像数据以获取偏振信息。内部因素，包括传感器架构、各个组件的性能以及偏振成像方法的效果，是影响抗干扰能力的主要决定因素。

偏振成像传感器外部干扰抑制方法

除了内部干扰外，外部干扰也可能影响成像质量。两个主要因素是由于复杂外部环境导致的目标偏振特性变化，以及不同介质中偏振光传输特性的差异。

针对内部和外部干扰的偏振图像校正

除了上述方法外，图像后处理也是抑制偏振成像传感器内部和外部干扰的有效手段。各种后处理图像校正方法可以从不同角度改善偏振图像的质量，从而减少干扰因素对偏振成像结果的影响。

结论与展望

与传统相机相比，偏振成像传感器通过检测光的偏振状态提供了更丰富的信息，已在医疗、军事和安全监控等领域得到广泛应用。然而，内部干扰和外部环境干扰可能会对图像质量和测量精度产生负面影响。因此，研究这些干扰因素及其相应的抑制方法变得尤为重要。

作者贡献声明

李晓阳：撰写初稿、方法论设计、数据收集、正式分析、概念构思。郭晓涵：审稿与编辑、概念构思。李远浩：数据收集。贾子颖：数据收集。张凯：数据收集。孔芳：撰写与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：62401172）、山东省自然科学基金（项目编号：ZR2024QF085）以及青岛哈尔滨工程大学创新与发展中心的青年科学家培养基金项目（项目编号：79000028）的支持。

李晓阳于2023年在中国哈尔滨东北林业大学获得电子信息工程学士学位，目前正在青岛哈尔滨工程大学创新与发展中心攻读硕士学位。他的研究兴趣包括光子芯片的设计与仿真，以及光电探测器在海洋环境中的应用。