典型卫星表面材料近红外偏振特性分析

为了表征典型卫星表面材料的近红外偏振特性,基于微面元模型并综合考虑镜面散射及漫散射来描述目标表面的反射特性,引入镜面系数及漫反射率来明确两种反射对偏振度的影响,并考虑实际粗糙材料表面存在的遮蔽效应,建立一种更完善的多参量偏振双向反射分布函数模型,进而推导出适用于粗糙材料表面的光学反射偏振度表达式.对典型卫星表面材料进行近红外偏振实验,采用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料的多参量数值,进而得到偏振信息仿真曲线.结果 表明,该多参量偏振双向反射分布函数的仿真值与实验测试值能够较好的吻合,不同卫星表面材料的近红外偏振特性有较大分布差异.     

地球外层空间物体真实感成像建模与绘制研究

针对现有模型在地球外层空间物体真实感成像绘制中的局限性和不足,建立一种基于几何光学原理和光线追踪技术的BRDF微面元模型.该模型综合了微面元的朝向分布和表面反射率以及微面元之间遮挡关系对地球外层空间物体表面反射特性影响,以提高对空间物体表面反射光空间分布特征的建模精度,并把光学反射特性分解为微面元的漫反射特性和镜面反射...     

基于混合遗传算法的偏振双向反射分布函数优化建模

为了表征复杂涂层表面的光学散射特性,在微面元理论的基础上,建立了典型涂层样片的偏振双向反射分布函数模型.由于实验数据与模型参数之间存在复杂的非线性关系,采用了遗传算法对模型参数进行反演.针对遗传算法收敛速度慢及易限于局部极小的特点,在传统遗传算法参数反演的基础上,在适应度计算中引入了模拟退火算法对偏振双向反射分布函数模型进行优化建模.实验结果表明:模型的计算结果与实验结果吻合较好.从误差收敛曲线来看,这种混合遗传算法优化方法不仅可以有效避免目标函数陷入局部极小,而且可以有效缩短目标函数的收敛时间.这可以为后续的目标特征提取与识别工作提供参考.     

太阳能电池板表面偏振双向反射分布函数

太阳能电池片是光伏发电系统的核心部件,其光学反射特性对光伏组件的发电效率和缺陷检测的研究有着重要的理论意义,但实际应用中难以对其直接观察与测量。本文依据菲涅尔定律与多层介质模型研究了光伏组件的光学传输过程。首先基于微面元理论建立太阳能电池片表面的双向反射传输模型;然后借助多层介质模型推导了太阳能电池板偏振双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF) ,通过偏振相机搭建光伏组件光学偏振特性观测平台并开展偏振实验。在此基础上,利用遗传算法从实验测量数据中反演模型的参量数值,并得出偏振度信息随观测角变化的仿真曲线。通过实验表明,本文提出的光学传输模型仿真值与实验观测数据能够较好的吻合。该模型为太阳能电池板表面缺陷检测提供新的理论参考。     

一种适用于涂层的双高斯偏振BRDF模型

为了更精确地描述涂层类材料的偏振双向反射分布函数,在微面元模型的基础上建立了双高斯偏振BRDF模型并对模型进行了仿真。相对于以往模型,其耦合了强度分布非朗伯的且包含偏振成分的以Rahman-Pinty-Verstraete函数为基础的漫反射。利用基于LCVR的全偏振多谱段成像仪在476 nm波段对白色、哑光白和珍珠白的自喷漆以及普通光盘背面的漆进行了多组面内偏振BRDF测量实验。之后从部分实验数据出发利用最小二乘法对模型参数进行了分步反演,反演结果在多组初值条件下都一致,证明反演得到的参数为全局最小值。最后对获得的模型参数进行仿真,结果表明模型对强度值和偏振度值符合都很好,尤其是能够符合漫反射的偏振。该模型对物质分类及识别以及场景仿真具有一定的实用意义。     

钛合金粗糙表面的偏振光及变温BRDF特性

基于红外光谱椭偏仪测得钛合金TC4在298~773 K范围的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法对钛合金随机粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究.分析了不同表面粗糙度、入射光偏振态及温度对钛合金表面BRDF分布的影响.结果表明:偏振光入射下钛合金的BRDF分布随入射角度及表面粗糙度的变化趋势与非偏振光相同;入射平面内粗糙钛合金表面的BRDF随光源偏振态变化与光滑平板具有相同趋势;TE波入射时的BRDF反射峰值大于TM波入射;钛合金粗糙表面的BRDF镜反射峰值随温度升高有下降趋势;在所研究的温度范围内(298~773 K),峰值变化在10.2%以内,温度变化对TM波下钛合金BRDF分布特性的影响大于TE波,且在入射角度增大时影响增大.     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性。运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4mm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度。结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据。     

随机惯性权重微粒群算法的BRDF参数反演

材料表面的反射特性一般由双向反射分布函数(BRDF)表征,其理论计算模型已大体满足实际需要。随着计算机计算速度与效率的提升,结合实验数据利用智能优化算法反演BRDF理论计算模型的未知参数,以此获得材料表面BRDF分布的方法逐渐成为研究主流。对于BRDF理论计算模型中的Schlick计算模型和Cook-Torrance计算模型,基于实验数据利用随机惯性权重微粒群算法分别对铝合金和钛合金的未知参数进行反演计算,并与实验数据进行了比较。结果表明,Schlick计算模型可以更好地表征铝合金与钛合金材料的表面反射特性。     

土壤偏振光谱二向反射影响研究

实验测量了土壤在400～720 nm内的光谱二向反射分布函数(BRDF),并分析了偏振BRDF强度分量与实验观测角及波长的关系.由于Hapke模型能很好地描述入射辐射与地物之间的相互作用过程,利用Hapke二向反射模型实现土壤在可见光波段的BRDF强度分量建模.通过比较模型预测值与实验观测值可以看出,所采用的强度模型能...     

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

激光跟踪中目标卫星表面BRDF对回波信号的影响

通过双向反射分布函数(BRDF)公式,模拟了空间激光主动照明跟踪中,相同材料、不同粗糙度下卫星表面的BRDF,得出了随着卫星表面材料粗糙度的增加,镜面反射分量越小,漫反射分量越大,双向反射分布散射角越宽,接收到的回波信号对方向的敏感性减小。同时模拟了入射角度对卫星表面BRDF的影响,得出了照明光束小角度入射、接收信号方向与照明光束方向一致时,镜面反射分量的增加增强了反馈信号,当大角度入射时,反馈信号急剧减小。当入射角大于34°时,通过卫星表面BRDF计算得到的最小接收功率,比之前把卫星目标看成朗伯体,通过激光雷达公式计算得到的最小接收功率小。得出了增加照明光束的发射功率为原来的5倍,或者增大接收口径为原来的2.5倍,可以消除大入射角度带来的接收功率的减小,使得系统有4倍的功率余量。     

海面油膜的偏振反射特性仿真实验

为了给海面溢油污染识别检测提供理论基础,根据菲涅尔反射公式的偏振反射系数,结合偏振双向反射率因子和粗糙海面的概率密度分布函数,建立了完善的pBRDF模型,仿真在不同太阳入射角度、不同探测器观测角度以及不同海面风速风向等条件下海水和油膜的偏振反射分布函数。结果表明:海水和油膜太阳天顶角为53°和56°时P偏振反射率分别为1.0×10^-5和2.5×10^-5,S偏振反射率随着太阳天顶角的增加而增加;海面风速越大偏振反射率峰值越小;海面风向只改变pBRDF的空间位置;海水和油膜线偏振度空间分布有明显差异。搭建实验平台相机以40°拍摄时,得出海水和油膜的线偏振度分别在0.2~0.4, 0.5~0.7之间,同时表明利用偏振探测获取目标场景的偏振度和偏振角图可提高图像质量。     

基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真

仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪模型确定红外高光反射现象中起主要贡献的光线,减少计算量;同时,为了解决传统方法仅应用反射率进行仿真带来的真实感不强的问题,引入BRDF计算红外辐射反射分量,提高红外高光现象仿真的真实感。实验结果表明,本文方法通过将光线跟踪模型与双向反射分布函数相结合实现了红外仿真中真实感和计算量的统一,为红外高光反射现象仿真提供了新思路。     

Scattering of Solar and Atmospheric Background Radiation from a Target

Light scattering property of environment is very important in theoretical study and application of the remote sensing. What's more, it is valuable for infrared radiation, imaging, and the detection of target and tracking. In this paper, solar and atmospheric background radiation, and their scattering property from target are discussed. BRDF (Biodirectional Reflectance Distribution Function) is a very important quantity that shows the radiation and reflection feature of target. According to electromagnetic radiant and scattering theories, the relationship between laser radar scattering cross section (LRCS) and BRDF is introduced. LOWTRAN model is an effective method of calculating the spectral distribution of solar and atmospheric radiation. Here it is applied to compute solar and atmospheric background radiation scattered from a target. The relative equations are deduced. Thus, the spatial and spectral distribution of scattering light is given. As a special example, for the Lambert's surface, the equations are simplified. As a result, the spatial and spectral distributions scattering radiation of solar and atmospheric background from a rough painted surface are present. The scattering of solar radiation plays a primary role in MIR region, but scattering of atmospheric background radiation is higher in LIR region. At the same time, there is obviously specular reflectance for solar radiation due to coherent scattering from rough surface.     

伪装材料的偏振散射光谱研究

采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试了镜面反射方向伪装材料的偏振特征.研究了不同入射条件下具有粗糙表面的伪装材料的偏振散射过程,得到了材料的偏振散射光谱.在镜面反射方向,伪装材料表面具有高的线偏振度,而草地背景的线偏振度很低.利用Kirchhoff近似理论分析了粗糙表面的偏振散射过程,分析结果与实验测试的偏振光谱相一致.由于伪装材料与背景的偏振散射光谱不同,因此利用偏振信息成像能够识别复杂背景中的伪装目标.偏振遥感在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

不同粗糙度表面双向反射分布函数的实验研究

为了研究目标表面的激光散射特性,利用双向反射分布函数的方法,采用自行设计的双向反射分布函数测量装置对样品表面双向反射分布函数进行了实验测量研究。以BaSO4粉压制板作为漫反射标准板,通过样本比值法进行对比研究,得到了样品在不同粗糙度和不同入射角下反射光的空间分布。结果表明,粗糙度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越大,镜反射现象越明显;入射角度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越小,呈现出一定的漫反射特征;反之亦然。反映出不同粗糙度表面对激光散射程度不同。