辐射传输未知下的水下光场仿真研究

发布时间：2018-08-09 20:32

【摘要】：在进入21世纪之际,随着社会经济的发展,人们越来越意识到海洋对人们生活的重要性。近年来,海洋资源开发、海洋自然环境保护以及海洋军事应用等方面的研究越来越引起人们的关注。光探测作为水下资源探测及环境保护的重要手段,主要包含水下探照及其三维视景的仿真,水下光场仿真及可见光探测的算法研究已经成为水下视觉和水下图像处理所关注的热点。本文基于辐射传输未知情况下的水下光场实时仿真问题,仅依靠视域内相邻光线间的采样信息,在确定领域内水下光场的光照渲染问题上,结合光辐射传输理论,但其受到海洋洋流、温盐密特性因素的影响具有漂移特性,因此采用了非线性不确定性系统最优估计理论,结合海洋波动理论,对光辐射传输未知条件下采样光场仿真算法进行一系列的研究。针对海洋水下光学的研究,首先需要分析水下光场的理论基础,了解水下光学的特性,然后引入光线的辐射传播理论,建立光场的Monte-Carlo辐射传播方程,通过利用光子在水下的辐射传播信息,对光场的辐射传输算法做建模仿真。其次,海洋波动光场的精确建模不能抛弃海水温盐密特性的约束,不能转化为无漂系统,因此需要对波动光场的位置进行估计。根据Stokes理论,建立风海波模型,结合实测海洋折射率数据,依据插值法,采用最小二乘法进行拟合,得到一个含有多参数的海水折射率模型,然后引入熵权分析法,建立一个水下光场衰减考评体系,以实现水下二三维光场的可视化仿真,对空间位置进行估计。最后,由于洋流表现出多种不确定性,如定常已知、定常未知、时变已知、时变未知、大小变化、方向变化。因此结合辐射传输仿真方法及海洋动力学方程,借鉴非线性不确定理论、最优化理论、系统定性仿真理论和自适应参数估计,通过理论与仿真分析,对参数不确定,不同特性洋流估计进行研究,研究流动光场辐射计算的鲁棒性和定位精度,以实现流场中的光学图形绘制的可视化。
[Abstract]:At the time of twenty-first Century, with the development of social economy, people are becoming more and more aware of the importance of ocean to people's life. In recent years, the research of marine resources development, marine natural environment protection and marine military application has attracted more and more attention. Light detection is an important means of underwater exploration and environmental protection. In this paper, underwater optical field simulation and the algorithm for visible light detection have become the focus of underwater vision and underwater image processing. This paper is based on the real-time simulation of underwater light field under the unknown radiation transmission, and is determined only by the sampling information between adjacent light in the field of view. In the field of underwater light field, the light radiation propagation theory is combined with the theory of light radiation transmission, but it has the drift characteristic influenced by the ocean ocean current and the temperature and salt density factors. Therefore, the optimal estimation theory of nonlinear uncertain system is adopted, and the simulation algorithm of the sampling light field simulation under the unknown condition of the radiating transmission is carried out in combination with the ocean wave theory. A series of studies. For the study of underwater optics, first of all, we need to analyze the theoretical basis of the underwater optical field, understand the characteristics of underwater optics, and then introduce the theory of radiation propagation of light, establish the Monte-Carlo radiation propagation equation of the light field, and build the radiation transmission algorithm of the light field by using the information of the photon in the underwater radiating propagation. Model simulation. Secondly, the precise modeling of the ocean wave field can not abandon the constraints of the temperature and salt characteristics of the sea water, and can not be transformed into a non drift system. Therefore, the position of the wave field is estimated. According to the Stokes theory, the wind sea wave model is established, and the measured data of the ocean refraction are combined, and the least square method is used to fit the model by the interpolation method. To a model of sea water refraction with multiple parameters, then an entropy weight analysis method is introduced to establish an underwater optical field attenuation evaluation system, in order to realize the visualization simulation of the underwater two three-dimensional light field and estimate the space position. Finally, because the ocean current shows a variety of uncertainties, such as the constant known, the constant unknown, the time variation known and the time variable unknown, According to the simulation method of radiation transmission and the equation of the ocean dynamics, we use the nonlinear uncertainty theory, the optimization theory, the system qualitative simulation theory and the adaptive parameter estimation. Through the theory and simulation analysis, the parameter uncertainty and the different special ocean current estimation are studied, and the calculation of the flow field radiation calculation is studied. The robustness and positioning accuracy of the proposed method can realize the visualization of optical graphics drawing in the flow field.
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P714

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本文编号：2175232