基于双向反射分布函数实验测量的目标散射特性的分析

介绍了一种用双向反射分布函数(BRDF)测定仪进行目标双向反射分布函数测量的方法。以聚四氟乙烯(F4)粉压制板作为反射标准板,给出了F4标准板及所测样品在双向反射分布函数测定仪上的测量数据。被测样片的反射光强度经标定过的漫反射标准板传递,最终在较高分辨率的半球空间内分析计算出了样品在红外(1.06μm和0.86μm)波段的双向反射分布函数。实验结果表明,该方法是一种分析目标散射特性的可行性方法。

花岗岩表面双向反射分布函数实验研究

本文介绍了双向反射分布函数(BRDF)的概念及测量方法。首先对典型建筑材料中的某种花岗岩表面进行了表面粗糙度的测量,并在现有条件内通过转动样片和探测器,实现了空间BRDF的测量,测量波段分别为0.6328 μm和1.34 μm,分析了表面粗糙度对BRDF的影响。

材料表面偏振双向反射分布函数模型修正

为表征物体表面偏振散射特性对目标偏振信息提取的影响,基于微面元散射模型结合KubelMunk理论,综合考虑镜面散射和漫散射,构建一种改进的偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型,得到物体表面散射光的偏振度与材料复折射率、方位角、探测角和入射波长等因素的数学模型,并利用该模型对基础材料的复折射率进行反演.结合实际应用利用FD-1665偏振成像仪在不同影响因子条件下对目标表面进行了一系列偏振探测实验.最后将数值模拟结果和实测数据进行比较,其材料偏振特性曲线与实测数据吻合,表明修正后的模型有较高的精确度,该模型可以为后续的偏振监测和目标识别工作提供理论支持.

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.

建筑材料表面红外双向反射分布函数实验分析

为了深入研究建筑物表面红外反射分布特性和散射分布特性,选择建筑外饰面常用的3种典型材料(如花岗岩、铝板和镀膜玻璃),通过自行搭建双向反射分布函数(BRDF)实验台,利用聚四氟乙烯粉压制的标准白板(近似朗伯体)为单一参考试样,分别用0.632 8、1.340 0和3.390 0μm波段3种激光器,在不同的入射角度下,对各材料表面的BRDF分布进行了测量.结合其表面粗糙度并通过实验数据探讨了其表面反射特性与散射特性,指出了镀膜玻璃表面在近中红外区(入射波长为3.390 0μm)其表观上反射存在多峰值的现象,同时其BRDF分布值较0.632 8和1.340 0μm的有明显提高.该研究结果表明:不同入射波长时镀膜玻璃表面反射具有较大的差异性.

复合材料表面双向反射分布函数实验研究

为研究泡沫铝、铝基石墨纤维、镁基石墨纤维和碳纤维铝等特种复合材料的表面红外辐射及散射特性,测量了其表面双向反射分布函数(BRDF)值.利用自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测试台,分别在0.6328、1.34、3.39μm波段下,测量了上述材料在不同入射角下的表面双向反射分布函数值.实验结果表明:各种复合材料表面在可见光(0.6328μm)波段的BRDF值分布在0.3区域内,且多呈镜反射状态;而在近中红外(1.34μm和3.39μm)波段的BRDF值分布在0.08区域内,呈现出一定的漫反射特征,且分布强度比可见光波段低很多,反映出各表面对各波段的吸收率不同.

光学元件亚表面缺陷偏振双向反射分布函数

利用琼斯散射矩阵,借助右手正交基组来表示入射场和散射场,推导出光学元件亚表面缺陷或微粒在不同偏振状态下的双向反射分布函数的表达式。给出了亚表面缺陷在不同入射角条件下,不同偏振状态下的双向反射分布函数与散射方位角之间的关系,以及不同入射角下p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数的3维散射图。结果表明:p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角,且随着入射角的增加,其最小值点所对应的方位角逐渐减小。

粗糙基底上涂层的极化双向反射分布函数

为了有效检测光学基底和镀膜后的光学元件质量,根据微面元电磁散射理论建立了一阶极化光散射模型,推导求解出其极化双向反射分布函数,获得了极化双向反射分布函数PP项与散射角和方位角的三维关系。数值模拟分析了入射角、基底粗糙度及不同涂层厚度对极化双向反射分布函数的影响。数值结果表明:极化双向反射分布函数与入射角、相关长度、均方根高度及涂层厚度均成反比。P极化入射产生的P极化双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角。布鲁斯特角的位置随着入射角的增加逐渐向散射方位角小的方向移动。

双向反射分布函数测量光路设计

为了研究光路结构对双向反射分布函数测量的影响,通过在光路上增加光学器件对光束进行整形,采用探测器导轨、拉杆结合滑块的机械结构方式,结合相关检测技术实现双向反射分布函数(BRDF)测量,通过搭建原理样机实验验证了入射角度和光阑对样品散射率测量的影响.结果表明:在光源功率为1mW时,该BRDF测量系统达到10-11散射率的测量,有效提高了BRDF测量精度.

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BaSO_4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。

具有不同涂层的样品表面双向反射分布函数的三维测量

利用半球空间双向反射分布函数测量装置,采用样本比值法,实验测量了不同材质及涂层表面对激光束在整个半球空间内的双向反射分布函数.分析了漫反射板与无涂层铝板(裸板)表面,以及不同涂层和不同入射角下同一涂层对入射光的反射光强的空间分布,得出了所测几种样品在特定波长激光照射下的表面反射与散射特性.

装甲隐身涂层940nm双向反射分布函数

红外隐身涂层的激光隐身性能测试侧重于外场整车后向反射率测量,其测量精度有限。针对这一缺点,按照国军标制作红外隐身涂层样品,在实验室条件下,用特定激光波长(940 nm)激光作为照射源,以聚四氟乙烯标准白板为参考标准,采用相对法测量不同红外发射率隐身涂层样品的双向反射分布函数(BRDF),系统测量精度优于7%。误差分析表明测量结果可信。

强光辐照下主镜表面散射引起的视场内杂光分布

在强光辐照情况下,主镜表面粗糙度产生的散射是引起反射系统视场内杂散光的主要因素之一。本文针对主镜的散射,提出了一种简单的处理方法。采用双向散射分布函数(BSDF)描述散射的角分布特性,推导了平行光平行于光轴入射时主镜焦平面上的散射光强分布表达式,并将其与衍射光强分布表达式联立,得到了焦平面上以几何像点为中心,散射与衍射强度相等时的特征半径。该特征半径将焦平面上的光强分布分为两个区域,在强光辐照下这两个区域的饱和效应机理不同:特征半径以内,衍射强度大于散射强度,饱和效应主要由衍射贡献;特征半径以外,散射强度大于衍射强度,散射是该区域饱和的主要因素。仿真实验表明,对于半径为115 mm,焦距为-757 mm,入射波长为550 nm时表面粗糙度为10 nm的主镜,其特征半径约为0.843 mm,该结果与表达式计算结果相符,说明了计算表达式的正确性。

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。

R-C系统中由表面散射引起的视场内杂散光分布

推导了R-C系统焦平面上由主镜和次镜表面散射引起的视场内杂散光分布的近似解析表达式。针对典型R-C系统的视场内杂散光分布,由近似表达式得到的计算结果与利用商业光学仿真软件得到的模拟结果具有较好的一致性,说明了近似表达式的正确性。与焦平面上无像差衍射光分布相比较,可以方便地分析强光入射时R-C系统焦平面上不同区域的饱和机制。研究结果表明,对于典型的R-C系统,探测器表面上以几何像点为中心,半径为2.5mm的范围内,衍射光是引起探测器饱和的主要因素;在此范围外,表面散射造成探测器的饱和。该结果为进一步研究强光饱和实验,解释有关现象提供理论分析基础。

空间目标可见光散射特性建模方法研究

针对空间目标的可见光散射特性提出一种建模方法.在分析空间目标所处的背景辐射环境基础上建立了空间目标背景辐射物理模型.对目标表面进行面元划分后,基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面面元的光散射特性,将目标各个表面所有面元散射分量叠加建立了目标可见光散射特性的数学模型.建立目标本体坐标系,通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系,利用矢量坐标法确定目标对观测系统的"可视表面".根据给定的目标几何结构尺寸和物性参量仿真获得了目标在轨光学特性.计算结果验证了建模的有效性.

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.

空间目标激光雷达散射截面仿真分析

空间目标激光散射特性建模与仿真分析是激光主动探测系统论证设计、性能评价的前提和基础,激光雷达截面（LRCS）是目标激光散射特性的综合反映。研究了适用于激光主动探测系统的双向反射分布函数（BRDF）模型,针对空间目标不同表面材质类型提出了一种基于OpenGL的空间目标LRCS可视化计算方法,建立了由不同表面材质组成的某卫星三维模型,仿真分析了在不同姿态角和电池阵转角条件下的空间目标LRCS值。结果表明,该空间目标LRCS的变化范围为0.1~100 m2。仿真结果可为空间目标激光主动探测系统设计提供参考和依据。

基于偏振双向反射分布函数的粗糙面光散射偏振特性研究

为了研究高斯粗糙面光散射偏振特性,基于微面元理论,建立偏振双向反射分布函数模型,推导出散射光的斯托克斯矢量。数值计算了椭圆偏振光和自然光经粗糙面散射后偏振特性随散射角变化情况,分析了入射角、方位角以及复折射率等因素对散射光偏振特性的影响。数值结果表明:椭圆度角和偏振度强烈依赖于入射角、方位角及复折射率,不同入射角和复折射率的椭圆度角曲线和偏振度曲线有相似的变化规律;不同方位角的椭圆度角曲线和偏振度曲线变化规律有较大区别,但方位角互补的两条偏振特性曲线关于散射角θr=0对称;椭圆度角在后向散射方向附近有极大值,偏振度在后向散射方向有极小值。

空间目标的可见光散射特性建模与仿真研究

提出了一种计算目标散射特性的方法.利用辐射理论建立了太阳辐射和地球及其大气反射光辐射的数学模型.采用Davies双向反射分布函数,计算了卫星目标的漫反射,通过仿真实验分析了空间目标在可见光波段的光谱辐照度与入射角、反射角和波长的关系.确定了卫星辐照度最大时的反射角为39.28.