【摘要】：紅外輻射探測只是測量目標物體表面的輻射強度,當有輻射強度相同的干擾物體時,不能夠區(qū)別目標物體和干擾物；紅外輻射偏振探測不僅測量目標物體表面的輻射強度,而且測量不同偏振方向上輻射情況,并且不同的物體表面的偏振特性是不同的,所以紅外輻射偏振探測能夠區(qū)分目標物體和干擾物,已經(jīng)成為研究熱點之一。傳統(tǒng)紅外輻射偏振研究中采用紅外輻射發(fā)射率的平行分量和垂直分量的和分之差來表示偏振度,使用菲涅爾公式計算菲涅爾反射率,再根據(jù)發(fā)射率與反射率的關(guān)系最后得到基于菲涅爾反射率的紅外輻射偏振模型。由于傳統(tǒng)模型中菲涅爾反射率是在物體表面鏡面反射的前提條件下推導的,只適用于理想光滑物體表面；為了表示不同粗糙度條件下物體表面的紅外輻射偏振特性,傳統(tǒng)模型實際測量不同粗糙度時物體表面的復折射率,再代入到模型中進行計算,此方法由于忽略了粗糙物體表面的微觀分布,使得最終的結(jié)果也并不完全準確。針對傳統(tǒng)紅外輻射偏振模型中忽略粗糙物體表面微觀分布這一情況,本文展開了對紅外輻射偏振特性的理論研究并建模仿真,基于微面元偏振雙向反射分布函數(shù),結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分布情況建立紅外輻射偏振度模型。首先對雙向反射分布函數(shù)進行研究,引入微面元雙向反射分布函數(shù)對傳統(tǒng)紅外輻射偏振模型進行改進,根據(jù)基爾霍夫定律和微面元雙向反射分布函數(shù)得到發(fā)射率與半球空間反射率之間的關(guān)系。然后研究如何將微面元雙向反射分布函數(shù)偏振化,計算定向半球空間反射率,繼而得到定向發(fā)射率矩陣來計算紅外輻射偏振度,建立基于偏振雙向反射分布函數(shù)的紅外輻射偏振模型,對其進行仿真實驗并分析。實驗結(jié)果表明,模型仿真得到的紅外輻射偏振度與實際測量結(jié)果值基本保持一致,并且與傳統(tǒng)紅外輻射偏振模型仿真結(jié)果相比較更符合實測值,在表面粗糙度較大的情況下,能夠更準確地反映物體的紅外輻射偏振特性。最后本文對典型材質(zhì)目標物體進行建模并仿真計算紅外輻射偏振度圖像,進一步驗證了本文模型的正確性,并且說明了紅外輻射偏振圖像能夠更好的區(qū)分出目標物體并且能夠得到細節(jié)紋理信息更豐富的圖像。
[Abstract]:Infrared radiation detection is only used to measure the radiation intensity of the surface of the target object. When there is an interference object with the same radiation intensity, it is not possible to distinguish the target object from the interference object. The infrared radiation polarization detection not only measures the radiation intensity of the target object surface, And the measurement of radiation in different polarization directions, and the polarization characteristics of different object surface is different, so infrared radiation polarization detection can distinguish between target object and interference object, has become one of the research hotspots. In the traditional research of infrared radiation polarization, the difference between the parallel and vertical components of the infrared emissivity is used to express the polarization degree, and the Fresnel formula is used to calculate the Fresnel reflectivity. Finally, the infrared radiation polarization model based on Fresnel reflectivity is obtained according to the relationship between emissivity and reflectivity. Because the Fresnel reflectivity in the traditional model is derived under the precondition of specular reflection on the surface of the object, it is only applicable to the ideal smooth surface, and in order to express the polarization characteristics of infrared radiation on the surface of the object under different roughness conditions, The traditional model is used to measure the complex refractive index of the surface of the object with different roughness, and then the method is added to the model to calculate it. Because the microscopic distribution of the rough surface is neglected, the final results are not completely accurate. Aiming at neglecting the microscopic distribution of rough object surface in traditional infrared radiation polarization model, the theoretical research and simulation of infrared radiation polarization characteristics are carried out in this paper, based on the polarization bidirectional reflectance distribution function of micro-surface element. The polarization model of infrared radiation is established based on the microstructure distribution. Firstly, the bidirectional reflectance distribution function is studied, and the traditional infrared radiation polarization model is improved by introducing the microplane bidirectional reflectance distribution function. According to Kirchhoff's law and the bidirectional reflectance distribution function of microplane, the relationship between emissivity and the spatial reflectivity of the hemisphere is obtained. Then we study how to polarization the bidirectional reflectance distribution function of the microplane and calculate the spatial reflectance of the oriented hemisphere, and then obtain the directional emissivity matrix to calculate the polarization degree of infrared radiation. A polarization model of infrared radiation based on polarization bidirectional reflectance distribution function is established and simulated and analyzed. The experimental results show that the polarization degree of infrared radiation obtained by the model simulation is basically consistent with the measured results, and is more consistent with the measured results compared with the simulation results of the traditional infrared radiation polarization model. The polarization characteristics of infrared radiation can be reflected more accurately. Finally, the model of typical material object is modeled and the infrared radiation polarization image is simulated, which further verifies the correctness of the model. It also shows that the infrared radiation polarization image can better distinguish the target object and obtain the image with more detailed texture information.
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.3;TN215

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