基于改进型Blinn遮蔽函数的目标材料表面可见光偏振反射研究

为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯塑料板、99氧化铝陶瓷板、铁板、绿漆铝板)目标样板进行可见光600 nm波段的偏振特性测试实验,并采用遗传算法进行参数反演。实验与仿真结果表明:与传统“V”型遮蔽模型相比,在入射角为50°,相对方位角为180°,0°~60°观测角对目标材料表面偏振特性的影响中,聚丙烯塑料板模型精度提升最大,RMSE百分比提升了70.61%;在入射角为50°,观测角为50°,DoLP随90°~270°相对方位角变化的过程中,与另两种参考模型相比,本模型精度至少提升了24.73%,线偏振度最小均方根误差值仅为1.29%。对于本文使用材料而言,偏振特性取决于其复折射率的值,当入射角确定,观测角为0°~60°,相对方位角在0°~360°内时,n/k的比值越大,线偏振度峰值越大。在可见光波段,波长对线偏振度的影响不大。

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。

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。

基于遮蔽函数修正的金属表面自发辐射偏振模型

由于表面微细结构的随机分布,实际使用的金属在光反射或热辐射时存在明显的遮蔽阴影效应。现有的双向反射分布函数模型采用分段型几何衰减因子进行表征,难以获得较高的精度。首先,分析了金属表面相邻微面元倾角差异对入射光与出射光产生的遮蔽与阴影效应。然后,基于微面元倾斜角与光线的几何关系对现有积分型遮蔽函数进行修正,用柯西分布表征金属表面微面元的分布,并提出了一种基于遮蔽函数修正的金属表面自发辐射偏振模型。最后,通过实验获取不同金属材料在加热条件下的自发辐射偏振度,以验证修正模型的效果。结果表明,相比现有模型,基于遮蔽函数修正的自发辐射模型仿真结果与实验测量数据更吻合。

二维粗糙面的多次散射和遮蔽效应研究

利用基尔霍夫近似研究了表面均方根斜率较大的二维粗糙面的多次散射问题。在多次散射理论中,随机粗糙面的总散射功率不仅与单次散射波有关,而且还取决于多次散射波。通过将格林函数做平面波展开的方法,二阶散射系数分解成与同向波和反向波有关的两部分,同向和反向分别是按单次散射场和其共轭场的耦合方式而划分的两种不同情况。引入考虑多次散射的遮蔽函数来修正掠入射情况下的散射系数,并将计算范围扩展到均方根斜率各向异性的二维粗糙面。将考虑多次散射的数值计算结果与前后向迭代方法的数值结果做了比较,两种方法的计算结果基本一致。

海面中波红外反射率特性研究

基于Cox-Munk海面模型,计算了海面对中波红外(3～5μm)的反射率.利用双站散射遮蔽函数对Cox-Munk海面反射率模型进行了修正,数值模拟了反射率随入射角、反射角和风速的变化关系.结果表明,考虑遮蔽效应后,反射率较未考虑遮蔽时的变化更为平缓,且峰值的位置发生变化,峰值明显减小.

粗糙目标表面红外偏振特性研究

红外偏振成像可突显目标、识别真伪,准确掌握目标红外辐射偏振特性可有效提高目标的探测识别概率。针对现有目标红外辐射偏振特性模型未考虑粗糙表面导致的遮蔽效应的问题,本文基于微面元双向反射分布函数模型,利用穆勒矩阵构建出含有遮蔽函数的粗糙表面红外辐射偏振度的斯托克斯解析模型。针对光线表面粗糙度和入射角对金属和非金属目标红外辐射偏振度的影响进行定量分析。分析结果表明:无论是金属还是非金属,其红外自发辐射偏振度都随粗糙度的增大而减小,非金属自发辐射偏振度下降的幅度大于金属偏振度;当粗糙度及温度相同时,金属的红外辐射偏振度始终大于非金属;红外辐射偏振度先随入射角的增加而增加,而后在特定入射角下达到峰值,超过一定入射角后,偏振度大幅下降,金属和非金属的红外辐射偏振度间的差异在一定入射角度范围内将达到最大,这有助于区分金属与非金属。最后,利用长波红外微偏振成像系统和近红外偏振成像系统进行不同场景目标的图像采集,获取目标的红外辐射偏振特性,实验结果与理论分析结果基本吻合。本文对研究目标偏振特性、优化设计红外偏振系统以及后续偏振图像处理均具有重要意义。

驻相近似下二维海面后向散射增强效应研究

基于驻相近似下得到的考虑遮蔽效应时的粗糙面散射一、二阶基尔霍夫公式,研究了满足半经验海谱分布的二维介质粗糙海面的电磁散射,分析了海面散射出现后向增强效应的条件,计算了不同极化状态的散射系数角分布,并进行了比较,详细讨论了二阶散射系数角分布及后向增强效应随风速、入射频率和入射角的变化规律.

山区河流阻力及推移质运动模拟方法研究进展

山区河流坡陡流急、泥沙级配宽、相对水深小、河床结构发育、水流流动在空间上变化剧烈,使得山区河流的水流阻力和推移质运动关系十分复杂。总结了山区河流阻力及推移质运动模拟方法的研究成果,对比分析了典型的山区河流阻力公式以及山区河流推移质模拟方法中遮蔽函数的研究成果。研究表明山区河流阻力及推移质运动的试验及理论研究均有了较大进展,但在体现边界非均匀性对水流特性的影响以及具有广泛适用性的阻力及推移质运动模型方面还需深入研究。