熵平均密度分段压缩感知反射光谱重建方法

反射光谱作为物体表面重要特征被广泛用于远程遥感目标识别、物质成分的含量检测、农业作物成熟度检测、医学影像的疾病诊断等领域。为解决反射光谱数据冗余,实现全光谱数据稀疏表达和提高光谱重建精度,将压缩感知技术应用于光谱数据分析和处理。针对全局光谱压缩感知重建方法中各波段数据稀疏度的差异性对采样率的限制条件不同,提出熵平均密度分段压缩感知反射光谱重建方法。首先定义熵平均密度作为光谱分段参考量来寻找光谱分段断点和判定各分段光谱的熵密度高低。而后依据有限等距约束条件重新分配各分段光谱的采样率,生成测量矩阵和稀疏矩阵完成各局部反射光谱稀疏感知。采用正交匹配追踪算法求最优解,分配各分段光谱的迭代次数,用感知矩阵中的列原子和稀疏信号进行迭代匹配重构各局部反射光谱,将各重构的局部反射光谱缝合为全局反射光谱。用全局光谱压缩感知方法和该方法对标准色块24Munsell ColorChecker的反射光谱进行对比实验。实验结果表明,较之于全局光谱压缩感知方法,该方法重建光谱曲线高熵密度区重建精度更高,低熵密度区压缩效率更高,在总压缩采样率不变的情况下,RMSE和MAPE统计数据得到改善,提升了整体曲线重建效果。

非分辨空间目标光谱双向反射分布函数的实验室平行测量

为了克服非分辨空间目标识别研究中外场观测和计算机仿真手段的局限性,采用实验方法模拟了天基光照场景,用仪器和技术平行类比望远镜观测时光源-目标-探测器方位,并测量了某高保真卫星模型的光谱双向反射分布函数.分析了空间目标光谱散射模型、实验场旋转轴系和环境模拟设备布局.根据在轨卫星的轨道和姿态建立了外场观测几何到室内5轴旋转系统的角度映射关系.利用该关系控制旋转系统实现了对某卫星过境观测的平行模拟,并对目标混合光谱进行了测量和定标.实验结果发表明:目标光谱数据中存在"闪光"和峰值波长迁移现象;旋转系统各轴定位精度为0.5°,光谱数据相对测量误差为0.018%.该方法能实现空间目标观测的全角度平行模拟,测量结果为非分辨目标外形、材料、旋转等特性的识别提供参考.

基于粗糙样片光谱BRDF的空间目标可见光散射研究

实验测量了某种卫星包覆材料和太阳能电池板样片在可见光波段(400～780nm)的光谱双向反射分布函数.将样片的光谱双向反射分布函数对可见光波段内的太阳谱辐射照度加权平均,获得了可见光入射时目标样片表面的平均双向反射分布函数,并利用遗传算法建立了其参量化统计模型.应用此模型,结合目标的几何建模、消隐,计算了可见光入射时某卫星散射光强度的空间分布,并分析了其与卫星的几何形状、表面材料等的关系.

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。

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400-780nm内的光谱双向反射分布函数（光谱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与目标样片光学特性的关系。应用改进的粒子群算法，结合双向反射分布函数五参量模型，获得了测量光谱范围内各波长（间隔1nm）对应的共381组五参量值。利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率（DHR），并与实验测量数据相比较，两者吻合良好，表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性。目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性，对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值。

一种色度自适应投影标记点的选取方法

近年来,对物体的颜色显现力、光源光谱功率分布和自身表面反射光谱三者的定量关系方面的研究备受大家关注。在三维扫描测量领域,由于颜色特征具有反映物体材料和纹理等丰富信息的优势,提出了一种主要由彩色相机、投点光源和PC机组成的色度自适应投点仪结构,其中数字微镜(DMD)作为投点光源的核心元件用于调制R,G,B三个LED光源的光谱功率分布。然而主动式标记点的颜色显现力因受未知反射光谱投影接受面的影响,其颜色特征往往难以识别和区分。为了提高投影标记点与不同反射光谱的投影接收面作为背景的分辨力,描述了一种色度自适应投影标记点的选取方法。在高维线性反射光谱建模的基础上,用光谱响应的方法对彩色投点仪设备特征化,以解决三通道彩色相机设备特征化精度低的问题。并通过样本训练为高维线性反射光谱的求解提供条件约束。继而,在CIE1931色度坐标空间下,选取与投影接收面背景色度坐标欧氏矩最大的色度坐标点。根据投点仪设备特征化结果,推导其LED最优设定值。最后,采用24孟塞尔色卡作为被投影对象,主动标记点与色块的色差作为其颜色显现力的评价参数,通过与激光二极管投点仪做对比性实验。实验结果表明对各不同色度的投点接受面,提出的色度自适应投影标记点的选取方法均有较好表现。

Determination of Optical Constant and Thickness for Thin Film by Using Improved FTM

A new method to determine the optical constant and thickness of thin films is proposed. Based on the Fresnel’s optical expression, the improved flexible tolerance method(FTM) is employed in the case of a digital model of thin film to fit the curve of measured reflectance spectrum. The simulation results show a satisfactory correlation of the optical constant with the thickness of the target film. By taking the influence of nonlinear condition into account as well as more direct and indirect limitation, the precision and value-searching efficiency have been improved. Furthermore, the problem of dimension degradation, which exists in “Downhill Simplex”, has been successfully avoided. No initial input is needed for the procedure of optimization to achieve optical solution, which makes the whole processing of value calculation much more convenient and efficient.

微粗糙硬铝表面双向反射特性实验研究

本文基于四波段双向反射分布函数测试平台,对微粗糙硬铝表面的光谱双向反射分布函数进行了实验测量,考察了微粗糙尺寸参数、入射角度和入射辐射波长对表面辐射特性的影响。测量结果显示了明显的镜反射特征,粗糙的表面结构还引起了后向反射增强现象,长波入射和大角度入射增强后向反射效应。

一种计算色度学三刺激值加权表的新方法

三刺激值计算是求取各种色度量的基础。首先回顾了国际照明委员会三刺激值的基本定义及其数值计算方法 ;其次简单描述和分析了相关工业界常用的三种ASTM加权表及Venable最优加权表 ;最后 ,基于Venable的工作 ,从减小光谱反射比测量误差的影响出发 ,提出了一种在形式上不同于Venable的最优加权系数选择准则 ,给出了一种新的计算最优加权表的方法。该方法与现有的计算加权表方法相比 ,具有不需要通过迭代求解、易于程序设计从而比较简单且有可能作为标准方法予以推广应用等特点。数值仿真表明用此方法计算的加权表较ASTM三种加权表更准确。可以期望 ,给出的计算最优加权表的方法将会广泛应用于相关工业领域。