# Simulation and Target

**Repository Path**: ruan-yaohuang/simulation-and-target

## Basic Information

- **Project Name**: Simulation and Target
- **Description**: 大气偏振模式探测和目标感知
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: AGPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2023-05-19
- **Last Updated**: 2023-08-22

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: Python, PyQt5, Qt

## README

<h1 align="Center">主文件：<strong style="color:red">Menu.py</strong></h1>

<h2><strong>1.首页</strong></h2>

<p style="text-indent:2em">进入系统后，系统首页主要为用户提供<strong style="color:red">仿真</strong>与
                                                        <strong style="color:red">实测</strong>两种功能的选择。如下图所示</p>


<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/封皮.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>仿真</strong>】按钮：点击“仿真”按钮，进入天空偏振光分布模式仿真系统界面。<br/>
    【<strong>探测</strong>】按钮：点击“实测”按钮，进入天空偏振光分布模式探测系统界面。<br/>
    【<strong>菜单栏</strong>】按钮：点击“菜单栏”按钮，展开系统操作按钮。<br/>
    【<strong>退出</strong>】按钮：点击“退出”按钮，用户将退出整个系统。<br/>
    【<strong>设置</strong>】按钮：点击“设置”按钮，进入系统设计界面。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    设置界面如图所示，用户可以设置系统的背景颜色。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/设置.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
【<strong>保存</strong>】按钮：点击“保存”按钮，完成用户对背景颜色的设置。
</p>

<h2><strong>2.仿真功能</strong></h2>
<p style="text-indent:2em">
    天空光传播经过时被大气中的散射粒子散射。理想的大气环境主要由N2和O2等气体分子构成，该类粒子的散射特性可由Rayleigh散射进行表征。瑞利散射是一种经典的粒子散射理论。此软件的仿真系统主要基于Rayleigh散射理论，对天空中的偏振光分布模式进行计算机仿真。为用户提供天空偏振光分布模式仿真，使用户能体会不同时间、不同地理位置的天空偏振光分布变化规律。此仿真功能对于预测在不同时间、不同的地理位置天空中测定光束的偏振信息有一定的应用价值。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    仿真功能的界面如下图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/仿真1.png" width=80% height=100%"></div> 

<p style="text-indent:2em">
    天空偏振光分布模式与太阳位置息息相关，因此系统提供参数设置功能，为用户提供输入时间、纬度、经度、海拔等参数用于计算太阳位置信息(太阳方位角与太阳天顶角)的功能。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    仿真界面的顶部设计了时间提示窗口，方便用户设置时间参数。如果信息键入不完整会弹出提示信息。界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/警告1.png" width=80% height=100%"></div> 

<p style="text-indent:2em">
    仿真界面的中部设计了时间、纬度、经度、海拔参数输入窗口。界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/仿真输入.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>计算</strong>】按钮：实现不同时间、不同地位位置，太阳时角、高度角和方位角的计算。

</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/计算.png" width=80% height=100%"></div> 

<p style="text-indent:2em">
    仿真界面的底部为用户提供了开启仿真、系统操作等功能。界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/仿真图像.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>清空</strong>】按钮：点击“清空”按钮，用户在仿真界面输入的参数清空。<br>
    【<strong>仿真</strong>】按钮：点击“仿真”按钮，系统首先计算用户设定位置和时间下太阳方位角与太阳高度角。利用这两个参数带入到Rayleigh模型种，计算得到全天域天空偏振光的偏振角与偏振度分布仿真图像。
</p>

<p style="font-size:12px;color:red">
    注：1 系统在计算太阳时角、高度角和方位角时，默认时区为H(GMT + 8:00)、基准时间为太阳时、非夏时令、零方位角为北方。
</p>


<h2><strong>3.偏振光表征仿真</strong></h2>
<p style="text-indent:2em">
    Stokes 矢量可以通过实测手段直接获得，包含了偏振特性的所有信息维度， 可以完备地表示目标的偏振态分布和变化情况，矢量的各个分量直接对应于不同 偏振光的光强分布特性，通过 Stokes 矢量可以对不同类型的偏振光分布进行仿 真，在目标偏振特性的实测和理论研究中得到了广泛的应用。 本系统使用斯托克斯参数所组成的斯托克斯矢量来表示目标的偏振状态，利 用图像计算得到的斯托克斯参数计算天空偏振光的偏振角分布图像与偏振度分 布图像。因此本系统设计了功能，方便用户对偏振光有更直观的了解。 系统可以计算任意光线的 stokes 矢量，功能界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/表征1.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>开始计算</strong>】按钮：用户可以选择振幅相位法，输入任意光波的水平方向的振幅 Ex、垂直方向的振幅 Ey 与相位差；用户还可以选择偏振角度法，选择光波为自 然光、左旋圆偏光、右旋圆偏光或线偏振光。点击“开始计算”按钮，系统输出 用户所输入光线的归一化 Stokes 矢量。其中总光强信息用 I 表示，线偏振分量用 Q 和 U 代表，V 表示圆偏的分量。<br>
    【<strong>复制结果</strong>】按钮：点击“复制结果”按钮，将计算得到得 Stokes 矢量复制到 粘贴板。
</p>
<p style="text-indent:2em">
    系统可以利用任意 stokes 矢量，描述光线的偏振状态，功能界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/表征2.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>开始反演</strong>】按钮：用户输入任意总光强 I、线偏振分量用 Q 和 U，圆偏分量 V， 点击“开始繁衍”按钮，将偏振度值与完全偏振光参数反演得到，并且描述光线 的偏振类型。<br>
    【<strong>清空</strong>】按钮：点击“清空”按钮，用户在仿真界面输入的参数清空。 <br>
    【<strong>绘图</strong>】按钮：点击“绘图”按钮，系统将光线的椭圆偏振轨迹绘出。 <br>
    【<strong>保存</strong>】按钮：点击“保存”按钮，系统将绘制的图片保存至计算机。 <br>
</p>

<h2><strong>4.大气偏振模式探测</strong></h2>
<p style="text-indent:2em">
    Stokes矢量可以通过实测手段直接获得，包含了偏振特性的所有信息维度，可以完备地表示天空光的偏振态分布和变化情况，矢量的各个分量直接对应于不同偏振光的光强分布特性，通过Stokes矢量可以对不同类型的偏振光分布进行仿真，在天空光偏振特性的实测和理论研究中得到了广泛的应用。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    本系统使用斯托克斯参数所组成的斯托克斯矢量来表示天空光的偏振状态，利用图像计算得到的斯托克斯参数计算天空偏振光的偏振角分布图像与偏振度分布图像。计算天空光偏振分布模式首先要上传实测获得的天空光偏振图像，系统有两种实时拍摄与文件上传两种图片选择功能。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    图像实时拍摄界面截图如下图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/实测界面.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>开启相机</strong>】：点击“开启相机”，系统自动与USB口连接的相机进行通信。<br>
    【<strong>关闭相机</strong>】：点击“关闭相机”按钮，系统断开与USB口连接的相机。<br>
    【<strong>拍摄</strong>】按钮：点击“拍摄”按钮，系统获取三路分装有0°、60°、120°USB摄像头拍摄的图像，并将采集到的图像以拍摄时间与角度命名，保存到系统默认的文件夹中。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    图像文件上传界面截图如下图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/上传图片.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>选择本地图片</strong>】按钮：点击“选择本地图片”按钮，用户可以选择计算机中保存的3个偏振方向的天空光图像。
</p>

<p style="text-indent:2em">
探测功能界面底部设置“天空偏振光分布探测”与测试结果保存功能。界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/保存方式.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>天空偏振光分布探测</strong>】按钮：点击“天空偏振光分布探测”按钮，系统运用三个通道得到的图像计算斯托克斯参量，并运算生成全天空的偏振度图和偏振角图。<br>
    【<strong>结果保存</strong>】下拉栏控件：用户点击“结果保存”下拉栏，可以设置是否保存探测结果，若选择保存，则将生成全天空的偏振度图和偏振角图保存至默认文件夹。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    天空偏振光分布探测运算结果界面如下图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/偏振探测结果.png" width=80% height=100%"></div> 

<p style="font-size:12px;color:red">
注：1. 系统的拍摄功能仅支持获得3路UBS端口相机图像。计算机中的USB1口连接带有0°偏振片的摄像头装置，USB2口连接带有60°偏振片的UBS摄像头装置，USB3口连接带有120°偏振片的UBS摄像头装置。用户需按照正确顺序上传图片或连接USB摄像头。
2. 为保证获得全天域分布规律明显的偏振角与偏振度图像，用户应使用广角或鱼眼摄像头。摄像头拍摄图片的质量越好，获得的天空偏振光分布实测结果越好。
</p>

<h2><strong>5.偏振信息计算</strong></h2>
<p style="text-indent:2em">
    探测功能界面底部设置“目标偏振信息探测”与测试结果保存功能。界面如图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/偏振信息计算1.png" width=80% height=100%"></div> 

<p>
    【<strong>目标偏振信息探测</strong>】按钮：点击“目标偏振信息探测”按钮，系统运用三个通 道得到的图像计算斯托克斯参量，并运算生成目标的偏振角图和偏振度图。 
    【<strong>结果保存</strong>】下拉栏控件：用户点击“结果保存”下拉栏，可以设置是否保存探 测结果，若选择“本机”、“数据库”、“本机和数据库”，则将生成偏振度图和偏 振角图保存至相应位置。
</p>

<p style="text-indent:2em">
    目标偏振信息探测运算结果界面如下图所示。
</p>

<div align = "center"><img src = "./qdarkstyle/readmePic/偏振信息计算2.png" width=80% height=100%"></div> 

<p style="font-size:12px;color:red">
注：1. 系统的拍摄功能仅支持获得 3 路 UBS 端口相机图像。计算机中的 USB1 口连接带 有 0°偏振片的摄像头装置，USB2 口连接带有 60°偏振片的 UBS 摄像头装置，USB3 口 连接带有 120°偏振片的 UBS 摄像头装置。用户需按照正确顺序上传图片或连接 USB 摄 像头。 
2.摄像头拍摄图片的质量越好，获得的目标偏振信息实测结果越好。
</p>