針對紅外波段下海面偏振特性建模的問題,在雙向反射分布函數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了海面微面元的偏振雙向反射分布函數(shù)模型。綜合考慮了海面的自發(fā)輻射效應(yīng)和反射效應(yīng)對探測器接收輻射的影響,提出了一種新的海面紅外偏振特性表征模型。利用Elfouhaily海浪譜和快速傅里葉變換計(jì)算了海面的高度場信息和斜率信息。數(shù)值計(jì)算了不同觀測天頂角和不同風(fēng)速下海面自發(fā)輻射的線性偏振度,以及不同入射天頂角下海面反射輻射的線性偏振度,仿真生成了海面和艦船的紅外偏振圖像。仿真數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的對比分析表明,本文所建立的紅外偏振特性模型適用于分析海面的紅外偏振特性。與傳統(tǒng)的紅外強(qiáng)度圖像相比,紅外偏振圖像可以提供更多關(guān)于海面的細(xì)節(jié)信息。同時(shí),目標(biāo)與海面的偏振特征差異更明顯,對比度更高。所提出的海面紅外偏振特性表征模型對海上目標(biāo)的探測識別應(yīng)用具有重要的意義。 

【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

海面坐標(biāo)系和微面元坐標(biāo)系

圖2為通過pBRDF模型和鏡面反射模型[6]計(jì)算出來的海面自發(fā)輻射DOLPe隨波長λ(3.0～4.8 μm)的變化曲線。其中,風(fēng)速為10 m/s,微小面元上的斜率方差σ2=0.052,觀測天頂角分別為10°,45°,70°。虛線為文獻(xiàn)[6]中的不同觀測天頂角下的自發(fā)輻射DOLPe隨波長變化的曲線,實(shí)線為本文通過pBRDF模型計(jì)算得到的不同觀測天頂角下自發(fā)輻射DOLPe隨波長變化的曲線。由圖2可知,相同觀測天頂角下鏡面反射和pBRDF模型計(jì)算得出的DOLPe具有相同的變化趨勢,但是數(shù)值上略有差異,并且觀測天頂角越大,差異越大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是:由于鏡面反射模型僅在垂直和水平方向產(chǎn)生偏振,而在pBRDF模型中Mueller矩陣的作用下,海面的自發(fā)輻射在垂直和水平方向以及45°和135°方向同時(shí)具有偏振分量。在光譜段3.0～4.8 μm,海面自發(fā)輻射在垂直和水平方向線偏振光強(qiáng)的差異高于45°和135°方向線偏振光強(qiáng)的差異,從而導(dǎo)致基于pBRDF模型得到的海面自發(fā)輻射DOLPe在數(shù)值上低于鏡面反射模型。

圖3為風(fēng)速分別為3,5,10 m/s下自發(fā)輻射DOLPe隨觀測天頂角變化的關(guān)系,仿真波長為4 μm,微小面元上的斜率方差σ2分別為0.021,0.028 8,0.052。由圖3可知,通過pBRDF模型仿真得到的DOLPe與文獻(xiàn)[6]中結(jié)果較為接近,兩者的DOLPe都隨著觀測角的增大而增大。在0°～30°時(shí),自發(fā)輻射的DOLPe較低,與風(fēng)速的相關(guān)性較低;當(dāng)觀測天頂角大于30°時(shí),DOLPe隨著風(fēng)速的增大而減小。并且在數(shù)值上,通過鏡面反射模型得到的DOLPe高于由pBRDF模型得到的DOLPe。這是由于風(fēng)速增大時(shí),海面粗糙度增大,對自發(fā)輻射的起偏效果減弱,海面為鏡面時(shí),偏振效果最明顯。圖4 不同入射天頂角下DOLPr隨觀測天頂角變化的曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于海面目標(biāo)探測的中波紅外實(shí)時(shí)偏振成像系統(tǒng)研究[J]. 韓平麗,劉飛,魏雅喆,邵曉鵬.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2018(06)
[2]基于六參量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究[J]. 楊敏,方勇華,吳軍,崔方曉.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(05)
[3]一種適用于涂層的雙高斯偏振BRDF模型[J]. 張穎,宋平,趙慧潔.  紅外與激光工程. 2017(11)
[4]基于偏振雙向反射分布函數(shù)的粗糙表面偏振特性[J]. 章延雋,王霞,賀思.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[5]基于隨機(jī)表面微面元理論的二向反射分布函數(shù)幾何衰減因子修正[J]. 劉宏,朱京平,王凱.  物理學(xué)報(bào). 2015(18)
[6]各向異性粗糙海面的紅外反射特性研究[J]. 婁樹理,周曉東.  光散射學(xué)報(bào). 2011(03)

碩士論文
[1]海面紅外輻射特性建模與仿真[D]. 陳璐.西安電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3328752