基于遗传LM算法的涂层目标光谱偏振BRDF建模分析

通过比较测量方法测量得到绿漆涂层木板探测目标在400~720 nm的光谱偏振二向反射分布函数值,从获得的户外试验测量数据入手,分析与探测角、波长之间的关系,通过有限探测条件得到的光谱偏振二向反射分布函数值（BRDF）建立光谱偏振BRDF模型,来描述探测目标的偏振二向反射特性。其中利用基于小面元的模型建立光谱偏振BRDF模型,利用遗传算法和Levenberg-Marquardt（LM）算法相结合的优化算法来获得非线性模型参数。仿真实验结果表明采用的遗传LM优化算法具有较好的性能,能较快较准确得到非线性的模型参数。真实实验数据证明了基于小面元模型的正确性,表明光谱偏振二向反射分布函数建模方法结果的可靠性。最后与绿漆涂层铁板目标的模型反演参数进行比较得出：2种不同材质、相同颜色涂层的目标,具有较为接近的折射率,其较小差别可以理解为由涂层的厚度、均匀程度的不同导致,而非不同的材质所引起。

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。

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,为了简便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模型更准确,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。

土壤偏振光谱二向反射影响研究

实验测量了土壤在400～720nm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准确地描述土壤的f00特性,并能达到较好的精度要求,因此,可以根据所建立的模型来分析土壤模型参数变化趋势,在一定条件下反映出土壤本身的部分特性。同时,分析了土壤偏振度与探测角、波长及土壤强度分量的关系,对土壤偏振性质的研究具有一定的理论意义。

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(400～720nm)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。