基于双向反射分布函数的海面红外偏振特性表征模型
发布时间：2021-08-07 23:34
针对红外波段下海面偏振特性建模的问题,在双向反射分布函数的基础上,建立了海面微面元的偏振双向反射分布函数模型。综合考虑了海面的自发辐射效应和反射效应对探测器接收辐射的影响,提出了一种新的海面红外偏振特性表征模型。利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换计算了海面的高度场信息和斜率信息。数值计算了不同观测天顶角和不同风速下海面自发辐射的线性偏振度,以及不同入射天顶角下海面反射辐射的线性偏振度,仿真生成了海面和舰船的红外偏振图像。仿真数据与文献数据的对比分析表明,本文所建立的红外偏振特性模型适用于分析海面的红外偏振特性。与传统的红外强度图像相比,红外偏振图像可以提供更多关于海面的细节信息。同时,目标与海面的偏振特征差异更明显,对比度更高。所提出的海面红外偏振特性表征模型对海上目标的探测识别应用具有重要的意义。
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
海面坐标系和微面元坐标系
图2为通过pBRDF模型和镜面反射模型[6]计算出来的海面自发辐射DOLPe随波长λ(3.0～4.8 μm)的变化曲线。其中,风速为10 m/s,微小面元上的斜率方差σ2=0.052,观测天顶角分别为10°,45°,70°。虚线为文献[6]中的不同观测天顶角下的自发辐射DOLPe随波长变化的曲线,实线为本文通过pBRDF模型计算得到的不同观测天顶角下自发辐射DOLPe随波长变化的曲线。由图2可知,相同观测天顶角下镜面反射和pBRDF模型计算得出的DOLPe具有相同的变化趋势,但是数值上略有差异,并且观测天顶角越大,差异越大。产生这种现象的原因是:由于镜面反射模型仅在垂直和水平方向产生偏振,而在pBRDF模型中Mueller矩阵的作用下,海面的自发辐射在垂直和水平方向以及45°和135°方向同时具有偏振分量。在光谱段3.0～4.8 μm,海面自发辐射在垂直和水平方向线偏振光强的差异高于45°和135°方向线偏振光强的差异,从而导致基于pBRDF模型得到的海面自发辐射DOLPe在数值上低于镜面反射模型。
图3为风速分别为3,5,10 m/s下自发辐射DOLPe随观测天顶角变化的关系,仿真波长为4 μm,微小面元上的斜率方差σ2分别为0.021,0.028 8,0.052。由图3可知,通过pBRDF模型仿真得到的DOLPe与文献[6]中结果较为接近,两者的DOLPe都随着观测角的增大而增大。在0°～30°时,自发辐射的DOLPe较低,与风速的相关性较低;当观测天顶角大于30°时,DOLPe随着风速的增大而减小。并且在数值上,通过镜面反射模型得到的DOLPe高于由pBRDF模型得到的DOLPe。这是由于风速增大时,海面粗糙度增大,对自发辐射的起偏效果减弱,海面为镜面时,偏振效果最明显。图4 不同入射天顶角下DOLPr随观测天顶角变化的曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[2]基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓. 光学学报. 2018(05)
[3]一种适用于涂层的双高斯偏振BRDF模型[J]. 张颖,宋平,赵慧洁. 红外与激光工程. 2017(11)
[4]基于偏振双向反射分布函数的粗糙表面偏振特性[J]. 章延隽,王霞,贺思. 光学学报. 2018(03)
[5]基于随机表面微面元理论的二向反射分布函数几何衰减因子修正[J]. 刘宏,朱京平,王凯. 物理学报. 2015(18)
[6]各向异性粗糙海面的红外反射特性研究[J]. 娄树理,周晓东. 光散射学报. 2011(03)
硕士论文
[1]海面红外辐射特性建模与仿真[D]. 陈璐.西安电子科技大学 2013
本文编号：3328752
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
海面坐标系和微面元坐标系
图2为通过pBRDF模型和镜面反射模型[6]计算出来的海面自发辐射DOLPe随波长λ(3.0～4.8 μm)的变化曲线。其中,风速为10 m/s,微小面元上的斜率方差σ2=0.052,观测天顶角分别为10°,45°,70°。虚线为文献[6]中的不同观测天顶角下的自发辐射DOLPe随波长变化的曲线,实线为本文通过pBRDF模型计算得到的不同观测天顶角下自发辐射DOLPe随波长变化的曲线。由图2可知,相同观测天顶角下镜面反射和pBRDF模型计算得出的DOLPe具有相同的变化趋势,但是数值上略有差异,并且观测天顶角越大,差异越大。产生这种现象的原因是:由于镜面反射模型仅在垂直和水平方向产生偏振,而在pBRDF模型中Mueller矩阵的作用下,海面的自发辐射在垂直和水平方向以及45°和135°方向同时具有偏振分量。在光谱段3.0～4.8 μm,海面自发辐射在垂直和水平方向线偏振光强的差异高于45°和135°方向线偏振光强的差异,从而导致基于pBRDF模型得到的海面自发辐射DOLPe在数值上低于镜面反射模型。
图3为风速分别为3,5,10 m/s下自发辐射DOLPe随观测天顶角变化的关系,仿真波长为4 μm,微小面元上的斜率方差σ2分别为0.021,0.028 8,0.052。由图3可知,通过pBRDF模型仿真得到的DOLPe与文献[6]中结果较为接近,两者的DOLPe都随着观测角的增大而增大。在0°～30°时,自发辐射的DOLPe较低,与风速的相关性较低;当观测天顶角大于30°时,DOLPe随着风速的增大而减小。并且在数值上,通过镜面反射模型得到的DOLPe高于由pBRDF模型得到的DOLPe。这是由于风速增大时,海面粗糙度增大,对自发辐射的起偏效果减弱,海面为镜面时,偏振效果最明显。图4 不同入射天顶角下DOLPr随观测天顶角变化的曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[2]基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究[J]. 杨敏,方勇华,吴军,崔方晓. 光学学报. 2018(05)
[3]一种适用于涂层的双高斯偏振BRDF模型[J]. 张颖,宋平,赵慧洁. 红外与激光工程. 2017(11)
[4]基于偏振双向反射分布函数的粗糙表面偏振特性[J]. 章延隽,王霞,贺思. 光学学报. 2018(03)
[5]基于随机表面微面元理论的二向反射分布函数几何衰减因子修正[J]. 刘宏,朱京平,王凯. 物理学报. 2015(18)
[6]各向异性粗糙海面的红外反射特性研究[J]. 娄树理,周晓东. 光散射学报. 2011(03)
硕士论文
[1]海面红外辐射特性建模与仿真[D]. 陈璐.西安电子科技大学 2013
本文编号：3328752
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