大气—海洋系统的偏振BRDF和偏振成像的研究

发布时间：2020-05-14 14:37

【摘要】：对于地面或水下的目标识别,偏振起着至关重要的作用。偏振信息的加入能有效提高目标的分辨率和识别效果。偏振光线追踪和矢量蒙特卡洛法是研究目标表面反射特性和介质内部辐射传输的有效方法。然而,目前采用这两种方法对考虑粗糙海面的大气-海洋双层散射介质中的激光主动偏振成像的研究还很少。本文建立了大气-海洋耦合系统中的粗糙海面的模型,采用偏振光线追踪法实现了粗糙海面偏振BRDF的计算,研究了入射偏振信息、风速、入射角度等对海面偏振反射特性的影响。研究表明,随风速增大,海面对于光的起偏作用减弱;入射偏振信息越丰富,所得到的反射信息也就越丰富,反射强度也越大;由于粗糙海面的影响,反射线偏振信息最大、圆偏振信息最小出现在伪Brewster角上,即反射方向与入射方向夹角为两倍的Brewster角处。采用矢量蒙特卡洛法计算辐射传输,程序正确性得到验证后,研究了考虑粗糙海面、大气-海洋系统的多层散射介质中水下的非偏振与偏振成像,并分析了不同散射类型、不同反射特性对结果的影响,通过探测强度与成像分辨率两个角度分析了偏振信息的作用。研究发现,单层大气Rayleigh散射下的成像效果较好,偏振的加入对于图像分辨率提高大;在大气-海洋双层系统中,当大气散射系数最大时,探测强度值也最大,对结果出现错误性的判断,说明此时仅仅通过探测强度不能体现偏振信息的影响,而由图像的角度可以明显看出随着大气衰减系数的减小,偏振图像清晰度提升明显,目标与环境的对比度增大。证实了偏振对提高激光主动成像效果的积极作用。
【图文】：

计算结果,非偏振光,复折射率,圆周角

采用银在 400nm 波长下的复折射率为 m=0.5+2.1i，表面粗糙度 σ 为 0.3。入射光线为非偏振光，对应的 Stokes 矢量为(1,0,0,0)，入射方向的天顶角为 40°，圆周角为 0°。图3-4 本文计算结果

文献,计算结果,风速,复折射率

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- 29 -图3-5 文献[34]计算结果3.3 粗糙海面偏振 BRDF 的研究3.3.1 风速的影响验证了本章程序的正确性后，本节将利用该程序研究海上风速对海面偏振 BRDF 分布的影响。在本节的模型中，入射光源波长为 800nm 时，大气层复折射率为 m=1+0i，海水的复折射率采用 m=1.338+1×10-7i[57]。入射方向的天顶角同样为 40°，圆周角为 0°。风速分别对应 0、2、4、6、8、10、12 级风时的 0.1m/s、3m/s、6m/s、12m/s、19m/s、26m/s、35m/s。入射 Stokes 矢量为(1,0,0,0)时的结果如图 3-7 所示。首先可以得到的是，，海面对于入射光有起偏的作用，原本的非偏振光经过海面反射后可以得到垂直、水平、±45°线偏振强度上都有数值的偏振光。但随着风速的增大
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436.3

【参考文献】