背景偏振光谱二向反射分布函数建模分析

通过分析偏振二向反射分布函数(BRDF)与实验探测角、波长间的关系,提出偏振度分量的多项式模型来定量化描述偏振度分量;强度分量采用现有的半经验模型,在可见光范围内(400～720 nm)实现偏振光谱BRDF建模,并将模型输出的结果和实验测量值进行分析比较.结果表明,对于土壤等各向性质较为均匀的背景,采用本文模型能较好地达到精度要求,因而可以将有限实验观测条件下测量得到的少数偏振光谱BRDF扩展到2π空间范围内,得到任意入射及观测条件下的偏振光谱BRDF值,且具有简单、计算量小等优点.     

基于MB模型的简化偏振BRDF模型建立与仿真

偏振BRDF模型的计算往往非常复杂,为了简准确地获取伪装目标和背景的反射光偏振度差值,采用特殊值法和理想化方法对Maxwell-Beard BRDF模型中的微面元分布函数和遮蔽函数进行简化,使微面元分布函数较Torrance-Sparrow模型准确,较Maxwell-Beard模型更简单.然后利用Fresnel反射中物体对光线平行分量和竖直分量反射率不同的性质,采用物理理论分析的方法计算得到表示反射过程的Muller矩阵,并建立了其矢量BRDF模型.针对面内反射,利用Matlab对模型进行模拟,仿真结果证明:模型可以描述粗糙表面反射偏振特性.研究结果对研究粗糙表面反射偏振特性的影响因素及伪装目标偏振探测有一定的理论和实践意义.     

粒子群算法在BRDF模型参数优化中的应用

根据粗糙样片1.06微米激光双向反射分布函数(BRDF)的实验数据,利用粒子群算法结合BRDF五参数模型,对不同样片表面的BRDF进行了统计建模,获得了对应样片BRDF模型的参数值与偏差.获得的BRDF优化统计模型与没有参与优化建模的实验数据也吻合良好,验证了建模结果的合理性与正确性.将粒子群算法与遗传算法进行了比较,表明无论是优化计算时间还是拟合的精度,前者都明显优于后者.     

模拟月壤的Hapke模型参数反演方法

Hapke模型是描述行星表面光度行为的辐射传输模型,利用行星表面多角度反射率数据可以反演得到Hapke模型参数,研究行星表面的物理和光度特性.Hapke模型参数的反演需要覆盖相角范围足够大的反射率数据,而行星遥感和就位探测时很难覆盖足够大的相角范围.因此,如何利用有限的多角度数据获取准确的模型参数是一个重要的研究课题.实验室提供了获取大范围角度下反射率数据的实验条件,可以在实验室条件下研究Hapke模型参数反演方法.通过实验室ASD光谱仪和Chang’E-3红外成像光谱仪鉴定件获取的橄榄石和模拟月壤多角度反射率数据进行实验,结果表明有限观测角度可以获取比较准确的模型参数;通过分析Hapke模型参数得到橄榄石和两种模拟月壤的光度和物理特征.     

涂层表面激光散射特性的实验测量及优化建模

运用双向反射分布函数测量系统在特定激光波长下(1.06μm)对涂层目标样片进行实验测量,根据样片的BRDF实验数据,将遗传模拟退火算法应用于目标表面BRDF统计模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数,并在此基础上获得上述样片BRDF的三维分布.同时比较了模型中考虑遮蔽因素与不考虑遮蔽情况下进行参数反演所得到的均方误差,反映了遮蔽效应对涂层目标表面光散射特性的影响.     

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。     

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。     

利用BRDF实验测量获取目标表面单位面积激光雷达截面

介绍了一种利用双向反射分布函数实验测量获取目标表面单位面积激光雷达截面的方法,运用双向反射分布函数测量系统在特定激光波长下(1.06μm)对导弹蒙皮和坦克前甲板样片进行实验测量,根据样片的BRDF实验数据,将遗传模拟退火算法应用于目标表面BRDF统计模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数,然后根据目标表面的双向反射分布函数与单位面积激光雷达截面之间的函数关系,进而可以求出样片的单位面积激光雷达截面的函数表达式.实验数据曲线表明,拟合后的实验数据与参与优化的实验数据吻合得比较好,结果说明用这种方法获取目标表面单位面积激光雷达截面是可行的和有效的.     

空间目标褶皱表面成像仿真方法研究

为得到空间目标高质量仿真图像，正确仿真目标包覆温控材料形成的褶皱表面十分重要。采用反向光线跟踪方法建立辐射传输模型，针对常用温控材料聚酰亚胺的褶皱表面引发的二次反射和材料的菲涅耳反射现象，采用余弦权重重要性采样对二次反射计算时的光线区间进行优化，改进了可描述菲涅耳反射现象的双向反射分布函数（BRDF）模型。利用3D建模软件生成并量化褶皱平面，在严重褶皱上重要性采样的均方根误差比均匀采样减小了63.42%，通过与实测BRDF值对比，改进BRDF模型能更好地描述菲涅耳反射，从褶皱平面仿真图像中可看到离散的强镜反亮斑。仿真的卫星图像褶皱表面细节纹理展示良好，阴影效果逼真，可为空间目标视觉导航算法研究提供图像数据。     

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。