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本研究由Liu Haizheng（中国科学院沈阳自动化研究所）、Shi Zelin（中国科学院大学）和Feng Bin（中国科学院光电信息处理重点实验室/西北工业大学）合作完成，发表于Infrared Physics & Technology期刊，2019年9月20日接受，DOI编号为10.1016/j.infrared.2019.103043。
科学领域：红外偏振探测与计算建模。
研究动机：物体的红外偏振度（Degree of Linear Polarization, DOLP）不仅受自身特性（如材料、粗糙度）影响，还受环境辐照（如温度差异）的显著干扰。然而，现有研究多聚焦于单一反射或发射偏振模型，缺乏对环境辐照作用的系统性建模。
研究目标：提出一个综合反射与发射效应的红外DOLP计算模型，量化环境辐照的退偏振效应，并通过实验验证模型的准确性。
背景知识：
- 基尔霍夫定律（Kirchhoff’s Law）表明，在热平衡下，物体的发射率（emissivity）等于其吸收率（absorptivity）。
- 偏振双向反射分布函数（Polarized BRDF, PBRDF）用于描述粗糙表面的偏振反射特性。
- 已有研究发现，当物体与背景温度接近时，红外偏振特征会显著减弱甚至消失（Tyo, 2007）。
研究分为四个核心步骤：
（1）镜面发射偏振模型构建
- 理论基础：基于相干偏振矩阵（coherent matrix）和基尔霍夫定律，证明在s偏振和p偏振方向上，发射率与反射率满足互补关系（ε = 1 - r）。
- 关键公式：推导出镜面发射DOLP表达式（式11），显示其与菲涅尔反射率（Fresnel reflectance）的直接关联。
（2）粗糙表面偏振模型扩展
- PBRDF建模：结合微面元理论（micro-facet theory）和穆勒矩阵（Muller matrix），提出包含镜面反射与漫反射的PBRDF模型（式14-17）。
- 发射斯托克斯矢量：基于黑体发射率向量，定义粗糙表面的发射偏振斯托克斯矢量（式22），量化发射与反射的偏振抵消效应。
（3）综合DOLP模型开发
- 环境辐照影响：引入发射-入射比（Emission-Incidence Ratio, EIR）参数，建立DOLP与温度差的定量关系（式30）。模型表明，当EIR接近1时（即物体与背景辐射相近），DOLP趋近于0。
- 实验验证：通过设计不同EIR条件下的红外偏振成像实验（图8），测量绿色涂漆铝板的DOLP（图15），验证模型预测。
（4）实验验证
- 实验装置：搭建长波红外（LWIR, 7.8-11.8 μm）偏振成像系统，使用可旋转偏振片（PSA）和黑体辐射源（100°C至300°C）调控EIR。
- 数据采集：在观测角（OA）0°-90°范围内，测量目标区域与非目标区域的DOLP（图9-12）。
- 结果分析：实验显示，目标温度升高时，反射偏振与发射偏振的抵消效应导致DOLP下降（图12），与模型预测一致。
逻辑关联：理论模型通过EIR参数统一了反射与发射的偏振贡献，实验数据验证了温度差对DOLP的核心影响。
科学价值：
- 首次提出环境辐照退偏振效应的定量模型，填补了红外偏振建模的空白。
- 揭示了温度差通过EIR调控DOLP的物理机制，为复杂环境下的红外偏振探测提供理论工具。
应用价值：
- 军事侦察：高温度差目标（如装甲车辆）在低温背景下呈现强偏振特征，可提升探测灵敏度。
- 遥感与材料分类：通过DOLP差异区分材料（如金属与非金属）时，需校正环境辐照干扰。
此研究为红外偏振探测的实际应用（如夜间目标识别、环境监测）提供了重要的理论工具和技术支撑。