目标表面BRDF统计建模中的遗传模拟退火算法

结合基本遗传算法与模拟退火算法,构造出了新的具有全局搜索优化特性的遗传模拟退火算法.根据卫星表面BRDF实验数据和统计模型,引用遗传模拟退火算法,获得样片BRDF模型参数的优化估计,从而获得了三维空间的BRDF分布,其优化参数后的模型在另一部分数据上也得到了很好的吻合验证.     

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.     

光散射模型参量反演中的遗传模拟退火算法

为了研究遗传模拟退火算法在光散射模型参量反演中的迭代搜索性能问题,分别采用遗传模拟退火算法和单一遗传算法迭代搜索了几种介质的双向反射分布函数模型的相关参量。将两种算法的反演结果与在特定激光波长下的双向反射分布函数实验数据进行了对比,通过理论分析和实验验证,取得了两种算法所得到的拟合值,两种拟合值都与实验数据吻合得较好;同时比较了遗传模拟退火算法和单一遗传算法在迭代次数、计算时间和均方误差等之间的差异。结果表明,两种算法在不同介质表面双向反射分布函数模型参量反演时都可以得到满意的结果,且前者优化效果更优。这一结果对研究不同算法的迭代搜索性能是有帮助的。     

光散射模型参量反演中的遗传模拟退火算法

为了研究遗传模拟退火算法在光散射模型参量反演中的迭代搜索性能问题,分别采用遗传模拟退火算法和单一遗传算法迭代搜索了几种介质的双向反射分布函数模型的相关参量.将两种算法的反演结果与在特定激光波长下的双向反射分布函数实验数据进行了对比,通过理论分析和实验验证,取得了两种算法所得到的拟合值,两种拟合值都与实验数据吻合得较好;同时比较了遗传模拟退火算法和单一遗传算法在迭代次数、计算时间和均方误差等之间的差异.结果表明,两种算法在不同介质表面双向反射分布函数模型参量反演时都可以得到满意的结果,且前者优化效果更优.这一结果对研究不同算法的迭代搜索性能是有帮助的.     

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.     

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.     

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.     

光学表面粒子污染物散射的单层薄膜调控特性

为了降低超精密低损耗光学元件表面粒子污染物的光散射损耗,文中提出通过在光学表面沉积单层薄膜来调控表面场强分布,从而降低散射损耗的方法。理论分析了K9玻璃超光滑光学表面不同厚度单层二氧化硅（SiO₂）和单层二氧化钛（TiO₂）薄膜表面上方半径为100 nm粒子污染物所在处的电场强度,理论分析结果发现,当SiO₂薄膜厚度为137.4 nm,TiO₂薄膜厚度为12.3 nm时,表面粒子污染物所在处的电场强度最小。在此基础上分别计算了光学元件表面沉积厚度为137.4 nm的单层SiO₂薄膜以及厚度为12.3 nm的单层TiO₂薄膜,表面粒子污染物的总散射损耗(S)和双向反射分布函数(BRDF),计算结果表明,在波长为632.8 nm的光垂直入射时,单层SiO₂薄膜和单层TiO₂薄膜可有效降低其表面粒子的BRDF,且可将K9玻璃表面的总散射分别降低12.40%和25.04%。实验验证了单层SiO₂薄膜对于表面粒子污染物散射降低的有效性。     

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。     

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。     

目标表面遮蔽函数参数的反演与BRDF统计建模的优化

遮蔽函数是目标表面双向反射分布函数(BRDF)统计建模中的一个重要因子,工程应用中常将遮蔽函数中的参数取一组不变的经验值,这种近似具有一定优越性,适合一般工程应用.但对于不同材料,这种做法缺乏理论依据,不能准确反映材料表面的散射特性,会给计算结果带来较大误差.利用目标表面CCD图像灰度图,结合图像处理,计算了像素的灰度梯度.通过遗传模拟退火算法反演出BRDF中遮蔽函数的参数,用反演得到的参数替换遮蔽函数中的经验参数计算水泥板表面的BRDF,并将拟合值和BRDF的实验值相比较,结果表明:随入射角增大,遮蔽函数参数取反演值时的BRDF比取经验值时的BRDF精度更高,为目标表面BRDF统计建模的优化提供了一种方法.     

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...     

粗糙表面反射偏振特性的研究进展

不同粗糙表面反射偏振特性的明显差异为目标探测与识别奠定了基础,其研究受到不同领域的广泛重视。基于粗糙表面反射原理和反射偏振理论模型,对粗糙表面反射偏振特性的研究进展进行了深入且详尽的归纳与总结。对粗糙表面反射光偏振特性与入射角度、入射光波长、表面粗糙度等属性之间的关系进行了对比分析,并在此基础上对粗糙表面反射偏振特性的应用前景作出了阐述。最后,针对粗糙表面反射偏振研究目前存在的问题与未来发展给出了思考。     

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。     

硅太阳能电池板的光谱BRDF测量及色度特性的研究

实验测量了硅太阳能电池板在380～780 nm内的光谱双向反射分布函数（BRDF）,分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势,将色度学理论和光散射理论相结合,寻找到光散射理论中的双向反射系数与色度学中光谱反射率因数的联系,进而获得了一种通过光谱BRDF测量实现物体色度特性表征的方法。并且采用CIELAB均匀色空间中的明度指数和色品指数、定量地描述了几种入射条件下、不同散射方向上目标样片的颜色特性。将目标样片的光谱双向反射分布函数的研究应用到颜色光学领域中,对目标的探测、识别和颜色复现等具有重要的应用价值。     

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.     

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。     

典型目标的BRDF实验室测量与模型验证

通过研究典型目标双向反射分布函数实验室测量与建模的方法分析目标的散射特性.给出F4(聚四氟乙烯)粉压制板及所测样品的反射光强度,通过经标定过的反射标准板传递,在半球空间内计算出样品在红外(1.06μm)波段的双向反射分布函数.根据五参数半经验统计模型和遗传算法,对各样片的BRDF进行了优化建模.按照模拟实验数据的标准均方误差最小的标准选择了模型参数.并将实验测量结果与模型输出进行了比对.结果表明该方法是分析目标散射特性的可行性方法.     

模拟退火算法在单目标规划问题中的应用

模拟退火算法是一种用于解决连续、有序离散和多模态优化问题的随机优化技术。它对于非常复杂，高度非线性的大型系统优化的求解，表现出比其他传统优化算法更加独特和优越的性能。现介绍了模拟退火算法的原理、数学模型及其求解步骤，并以一实例来说明模拟退火算法在解决组合优化问题时的有效性和优越性。