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.     

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.     

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...     

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。     

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.     

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.     

光散射模型中遮蔽函数的参数反演

介绍了一种通过遗传模拟退火算法进行参数反演获取目标样片BRDF 模型参数的方法。将BRDF五参数统计模型中遮蔽函数的四个参数作为未知参数,利用在激光波长下目标样片的BRDF 实验测量数据,通过遗传模拟退火算法进行模型参数反演,获得上述样片BRDF 统计模型的九个模型参数,结果表明,与遮蔽函数四个参数取经验值情况相比较发现,九参数BRDF 统计模型的均方误差更小一些,并且通过反演出的遮蔽函数四个参数,得到上述样片在几种入射角情况下遮蔽函数随散射角的分布情况,所反演的遮蔽函数四个参数能反映材料表面的粗糙程度。     

基于长波红外的海面场景偏振特性分析与建模

针对海面场景长波红外偏振特性建模问题,文中根据表面微元双向反射分布函数BRDF,对物体表面偏振效应进行了分析,并结合红外发射效应和红外反射效应的综合作用,提出了一种长波红外偏振度计算模型.该模型有效描述了偏振度和物体自身红外发射值、红外反射值以及探测角之间的关系.利用Radtherm IR软件对海水辐射、大气辐射与舰船目标辐射进行计算,结合本文构建的偏振度计算模型,仿真了不同时间段内、不同观测角度下海面背景和舰船目标在长波波段的偏振度变化规律.通过仿真数据与实际测量数据的对比分析,结果表明两者具有较好的拟合度,验证了该模型对于海面场景偏振度计算的有效性.     

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。     

基于航空偏振数据的地表BPDF模型优化研究

针对航空偏振气溶胶反演涉及的地表双向偏振辐射分布函数（BPDF）特性问题,分析了地表双向偏振反射分布物理机理,结合经典地表BPDF模型参数特点,提出了基于阴影方程和归一化植被指数的优化地表BPDF模型。利用航空辐射偏振遥感数据,验证了新模型的精度,相对于实测结果,平均相对偏差小于9.9%。与三种经典模型模拟结果相比,新模型值随不同观测角度变化时,其一致性很好。根据新模型精度,还模拟了地表偏振反射率偏差与气溶胶光学厚度反演误差的关系,发现地表偏振反射率偏差为4×10-4时,带来反演气溶胶光学厚度误差小于0.03,满足气溶胶偏振反演应用要求。     

The bidirectional polarized reflectance model of soil

Soil albedo is a critical parameter affecting the Earth's climate and environment. In remote sensing data, analysis of the soil bidirectional reflectance distribution function (BRDF) has to be known. Several models for bidirectional reflectance over soil have been developed. The Hapke bidirectional reflectance model has been widely used for soil modeling. Polarization of radiation reflected by soil carries important information of soil properties. The polarized light always goes with the bidirectional reflectance. Therefore, polarization reflectance of a ground target carries equivalent important information as bidirectional reflectance. Detecting multiangle polarization information of soil becomes a new method in quantitative remote sensing. In this paper, we analyzed the existence of polarization on the soil surface in a 2/spl pi/ space and compared the bidirectional reflectance with the bidirectional polarized reflectance. We then developed a new polarized BRDF model of soil as the bidirectional polarization distribution function (BPDF) model. The BPDF model helps to improve classification and quantitative analysis of soil.     

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。     

Solar zenith angle effects on forest canopy hemisphericalreflectances calculated with a geometric-optical bidirectionalreflectance model

The bidirectional reflectance distribution function (BRDF) provided by the Li-Strahler geometric-optical forest canopy model has been integrated to provide spectral instantaneous hemispherical reflectances of sparsely vegetated surfaces. Further integration over the Sun's zenith angles can yield daily or longer interval hemispherical reflectances as well. A variety of simulated canopies were modeled with varying solar angles. In all cases, as the geometric-optical model introduced increased shadowing of the surface with increased solar zenith angle, the direct-beam hemispherical surface reflectance gradually decreased. The hemispherical reflectance values are direct beam calculations and do not directly include canopy multiple scattering and leaf specularity or consider the impact of diffuse irradiance. These limitations are acceptable for sparse canopies, in which 3D shadowing effects are large. However, radiative transfer calculations have shown that these phenomena must be incorporated before truly realistic modeling of hemispherical surface reflectances can be achieved for dense canopies     

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。     

多角度偏振反射与二向性反射定量关系初探

在反射、散射和透射电磁辐射的过程中,地表或大气中的目标地物将产生与它们自身性质有关的偏振特性.因此,地物的偏振信息探测成为遥感目标识别的新手段.偏振反射是伴随着目标的二向性反射而产生的,在探测目标地物的二向性反射的同时,可以通过偏振器获得目标地物偏振态的三维空间分布.本文从多角度偏振遥感机理的角度出发,研究了偏振化二向性反射与二向性反射之间存在的定量关系,并从实验上验证了二向反射、45°偏振、偏振均值三者在2π空间的相应方位角、天顶角、探测角以及通道上的反射比均相等.     

地物环境对红外诱饵弹散射特性建模及仿真

针对红外诱饵弹的工作特点,依据其空时域分布特性,建立了诱饵弹的红外辐射模型;根据红外诱饵弹辐射与环境目标的作用机理,利用双向反射率函数（BRDF）建立目标表面面元的散射特性模型,实现了目标表面面元接收诱饵弹的辐射在观测方向产生的辐射亮度计算;并基于OGRE的红外场景仿真平台,对诱饵弹发射前后地物环境的变化进行实时仿真。仿真结果显示了发射诱饵弹后不同时刻诱饵弹辐射对地物环境的影响效果,这对红外诱饵弹研发具有极为重要的意义。     

Contrasts among Bidirectional Reflectance of Leaves, Canopies, and Soils

The apparent brightness of a natural surface depends on the characteristics and direction of incident radiation, surface radiative properties, and the direction from which the surface is viewed. The bidirectional reflectance distribution functions (BRDF) for soils, vegetation canopies, and individual leaves have common features that arise from an anisotropic diffuse scattered component as well as specular reflections from irregular surfaces. The diffuse scattered component, however, tends to dominate canopy and soil BRDF's where as specular reflection tends to dominate leaf BRDF's. In this paper, simple models are presented for predicting soil and canopy BRDF's, and predicted results are compared with some measurements. This effort represents an attempt to illustrate the important features that cause observed BRDF's. The results of the models are compared with a simple three coefficient empirical equation that may be easier to invert than the causitive models so that radiation measurements can be used to obtain surface features. Some BRDF measurements from corn and soybean leaves provide a contrast for canopy and soil distributions, and also provide needed leaf properties that are important to vegetation canopy models. The knowledge of soil, canopy, and leaf BRDF's is combined into a single model, called Cupid, to predict the resultant BRDF of complex natural surfaces.     

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.     

Definition and invariance properties of structured surface BRDF

The bidirectional reflectance distribution function (BRDF) is used to characterize the directional properties of surface reflectance, but the most recent standardized definition fails to address some important aspects for the structured and varying surfaces encountered in remote sensing. This paper proposes an updated definition of BRDF that is applicable for such surfaces. The updated definition then motivates an examination of the resulting measurement requirements and invariance properties. The conclusion is that structured surface BRDF can be defined in a consistent manner that is an intrinsic surface property, and it does exhibit the usual invariance properties associated with BRDF, such as reciprocity