散射模型

摘要： 生物组织内部结构复杂且具有较强的散射特性,而光作为生物组织检测的重要信息载体,其自身特性包括颜色、幅值、偏振等都对信息获取有较大的影响。结合偏振成像,对生物组织多光谱偏振特性展开了研究,依据不同微粒尺寸的分布建立了均匀单层生物组织模型,结合瑞利和米氏散射理论模拟了基于单个微粒的两种散射事件。瑞利散射具有较好的前向后向散射对称性,米氏散射具有强前向散射特性,两种散射模型都与尺寸参数有着密切的关系,而尺寸参数是一个无因次量,取决于入射波长和散射微粒的尺寸,在生物组织中多以米氏散射为研究模型。使用蒙特卡罗(Monte Carlo MC)方法对400~1000 nm波段范围内的偏振光在生物组织中的传输特性进行了仿真,模拟了四种典型偏振态(水平线偏振光、垂直线偏振光、45°线偏振光和右旋圆偏振光)在组织中传播时后向散射光偏振态变化与波长的关系,并进行了实验验证,实验光源选用白色LED灯,利用450,525,550,590,610,650和690 nm滤光片滤光,由彩色相机记录手掌的偏振图像,其中偏振图像由两组线偏振片和右旋圆偏振片分别作为起偏和检偏器产生。仿真和实验结果均表明,随着波长增加线偏振光经皮肤组织后向散射出射光的偏振度整体呈上升趋势,圆偏振光呈下降趋势,但圆偏振光的偏振度整体上高于线偏振光,这揭示了在生物组织中相同波长的圆偏振光比线偏振光具有更好的偏振保持性,更适合用于探测生物组织的生理信息。相关研究结果明确了圆偏振光和线偏振光在生物组织中传输时的多光谱特性,可为多光谱偏振生理信息获取提供一定的理论支持。

摘要： 近区超低空目标具有更为复杂的电磁散射机理,需要建立更为精细灵活的回波模型。基于改进的物理光学与等效电磁流方法建立了目标的近场散射模型,结合面元模型与"四路径"模型提出环境与多径的近区散射计算方法。利用建立的电磁模型,以雷达导引头探测近区超低空目标为应用背景,建立了雷达回波信号模型。验证了近场电磁模型的有效性,仿真分析了信号带宽以及雷达与目标不同相对运动状态对回波信号的影响。仿真结果表明,回波模型较好地表现了复杂场景的各种散射机理,对于探索近区超低空目标回波的特征与规律具有理论意义与实用价值。

摘要： 由于水对光的选择性吸收和光的散射作用,水下图像存在色偏和雾化等现象,传统的去雾方法用于水下图像时效果欠佳.本文以散射模型为基础,提出了一种水下图像增强方法.基于局部区块熵分析估计背景光,权衡清晰度与图像逼真度设计了寻优透射率的代价函数,通过改进的加权最小二乘保边滤波算法细化透射率,设计了自适应调节因子对图像增强公式进行修正.实验结果表明:该算法能有效地去除水下图像的浑浊,提高图像的整体清晰度,验证了所提出算法工程有效性.

摘要： 土壤水分在农业生产应用中有着不可替代的作用,农业用水、估产、旱情监测等都与土壤水分有着密不可分的关系,因此进行土壤水分变化的监测具有重要意义.目前遥感技术是进行大区域土壤水分变化监测的有效手段.光学遥感对地表植被组份信息敏感,微波可穿透植被获取植被下土壤水分信息,但合成孔径雷达(synthetic ap-erture Radar,SAR)的后向散射对土壤水分变化的敏感性受冠层影响较大.在植被覆盖区,微波遥感会受到地表粗糙度和植被的双重影响,因此采用光学和SAR遥感协同的策略能更好地去除植被和粗糙度影响,提高土壤水分的反演精度.总结了目前光学与SAR遥感协同反演土壤水分研究中常用的遥感模型和反演方法,并对研究中存在的困难与未来发展进行了总结与展望.

摘要： 全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)不仅可以为用户提供导航定位和精确授时功能,利用其海面反射信号(GNSS-R)还可进行海面微波遥感探测,获得海面风场、海面高度、有效波高、海冰及海水盐度等海洋参数.与传统海洋遥感手段相比,GNSS-R海洋微波遥感技术具有全天候、全天时、多信号源、高时空分辨率等优点,成为备受关注的前沿热点技术.文章根据电磁波海面散射理论和海浪谱理论,系统推导了GNSS-R海面风场反演算法,并给出了详细的反演流程.

摘要： 针对NLOS(Non-Line-of-Sight)传播环境中单次与多次散射路径的识别问题,本文基于单次散射圆环模型建立了一种二次散射圆环模型,对该模型的统计特征进行了分析.同时,基于信号统计检测理论建立了一种单次与二次散射路径检测模型,然后根据是否已知先验概率两种情况,分别采用广义似然比和奈曼皮尔逊准则来检测识别两种散射路径.仿真结果表明:本文提出的检测识别方法在NLOS环境下能有效识别两种散射路径,相对于LPMD(Line of Possible Mobile Device)算法具有更高的识别率以及更小的虚警概率和漏警概率,且时间开销小,具有一定的应用价值.

摘要： 针对当前已有的去雾方法容易造成天空区域存在光晕以及色彩失真的现象,提出了一种多尺度卷积结合大气散射模型的单幅图像去雾算法.将原始有雾图像与三个不同尺度的卷积核进行卷积,经过一系列特征学习后得到粗略的传播图,然后使用引导滤波器对其进行优化,得到精细化后的传播图.利用粗传播图和有雾图像计算出全局大气光.根据大气散射模型反推出无雾清晰图像.实验结果表明,该方法对天空区域的处理更加自然,在图像的纹理细节以及颜色失真上有较好的效果.

摘要： 考虑大气折射的影响,对不同高度Es层条件下大圆路径传播距离与仰角的关系进行计算.基于电离层Es电子密度时空分布特点,建立高阶Es反射模型;运用高阶修正贝塞尔函数表示电离层Es电子密度扰动的自相关函数,综合考虑电离层Es各向异性结构的尺度关系,建立高阶Es散射模型.仿真计算Es层VHF斜入射传播衰减与频率、距离的关系.对于反射模型,Es层厚度越厚,电波衰减越大.对于散射模型,Es层不规则体水平尺度相同,垂直水平漂移的尺度越大,衰减越大;而垂直水平漂移的尺度相同,水平尺度越大,衰减越小.无论反射模型还是散射模型,f0Es越高,衰减越小;电波工作频率越高,衰减越大.对比建立的模型与VHF链路的测量结果,明确不同强度的电离层Es反射/散射机制,证明了建立模型的正确性.

摘要： Aiming at the scattering model of the target in the resonance region, two improved methods for applying the high frequency method to the resonance region are proposed to solve the problem that the accuracy of the high frequency method is reduced in the resonance region. In the resonance region, along with the frequency and the reduction of the target electrical size, the high-frequency series solution in the expression requires more summation terms to make the series converge, in addition to the influence of high-order creeping waves on the scattering field. On the basis of analyzing the scattering characteristics and scattering mechanism of the resonance region, the hybrid geometric optics-physical optical algorithm is combined with the uniform geometric diffraction theory, and the expression of the creeping wave attenuation with the creeping distance is derived, and the metal sphere and 2-D cylinder are calculated. The scattering field summarizes some scattering characteristics of the resonance region target.%针对目标在谐振区的散射模型,提出了将高频方法应用于谐振区的两种改进办法,用以解决高频方法在谐振区精确度有所下降的问题.在谐振区,随着频率和目标电尺寸的降低,对于表达式中的高频级数解,需要更多的求和项才能使级数得以收敛,除此之外还考察了高阶爬行波对散射场的影响.在此基础上,为了分析谐振区的散射特性与散射机理,将混合几何光学-物理光学算法与一致性几何绕射理论相结合,同时推导了爬行波随爬行距离等参数衰减的表达式,并且通过计算金属球和二维圆柱的散射场,总结出目标在谐振区的散射特性.

摘要： 给出了一种散射模型与Wishart分类相结合的极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)图像非监督分类方法.首先利用去取向三分量散射模型进行粗分类,将像素划分为三种基本散射类型和混合散射类型;然后,在基本散射类型内根据占优散射机制的功率进行细分类,并根据Wishart距离对细分类的结果进行类别合并,合并到指定的类别数;最后对四种散射类型的像素分别重新进行Wishart迭代,从而实现极化SAR数据的非监督分类.利用美国AIRSAR机载系统采集的实测数据进行实验,并且同已有分类方法进行比较,结果表明本文方法改善了分类效果,且降低了体散射过估计.

摘要： 本文应用散射场特征信息和检测兰姆波的差信号对结构损伤进行稀疏定位成像，对稀疏重建与块稀疏重建方法的性能分析进行了初步探讨。下一步工作包括:设计更好的散射模型来充分结合相位信息，考虑二次散射的影响，定量分析缺陷的损坏程度，并在实际实验中进一步测试兰姆波信号样本。

摘要： 提出了粗糙面覆盖下非均匀介质的散射模型，对模型进行了仿真验证，并将该模型用于深层土壤湿度遥感探测;用地基雷达开展了外场试验，测试数据反演得到的土壤湿度达到要求的精度，验证了所提出的模型的正确性。

摘要： 本发明公开了一种基于深度学习模型的大尺度电磁散射与逆散射的预测方法。本发明针对电磁散射和电磁逆散射问题分别提出了两种基于物理机制的卷积神经网络；将现有卷积神经网络框架从实数域推广到复数域，并赋予其相应的物理含义；本发明的散射和逆散射的预测方法适用于常用的各种雷达系统；本发明的卷积神经网络适用于目前所有的训练算法；网络均为卷积操作，因而具有极强的适用性，适用于任意大尺度电磁场景。本发明所提出利用基于物理机制的卷积神经网络在解决电磁散射和逆散射问题时具有计算效率高，时延低等特性，为实现大尺度电磁散射和逆散射问题的实时解决奠定了基础。

摘要： 本发明公开了一种三维GTD散射中心模型的散射中心点的研究方法，包括以下步骤，S1：基于雷达目标后向电磁数据构建Hankel矩阵，得到原目标回波数据矩阵Xx；S2：定义大小为PQL×PQL的置换矩阵J，得到目标回波数据共轭数据信息的矩阵Econj；S3：将步骤S2中得到的矩阵Econj及原目标回波数据矩阵Xx的自相关矩阵进行相加，并作取平均处理，得到一个过程协方差矩阵R，S4：令最终总协方差矩阵R1＝RRH＝R2；S5：利用经典3D‑ESPRIT算法对矩阵R1进行处理，即可得到三维GTD散射中心模型中的各个参数。本发明中的方法可提高对目标原始回波数据的利用率并增大信号特征值与噪声特征值之间差距，等效为增大信噪比，从而提高了散射中心的分辨率。

摘要： 本发明公开了一种基于深度学习模型的大尺度电磁散射与逆散射的预测方法。本发明针对电磁散射和电磁逆散射问题分别提出了两种基于物理机制的卷积神经网络；将现有卷积神经网络框架从实数域推广到复数域，并赋予其相应的物理含义；本发明的散射和逆散射的预测方法适用于常用的各种雷达系统；本发明的卷积神经网络适用于目前所有的训练算法；网络均为卷积操作，因而具有极强的适用性，适用于任意大尺度电磁场景。本发明所提出利用基于物理机制的卷积神经网络在解决电磁散射和逆散射问题时具有计算效率高，时延低等特性，为实现大尺度电磁散射和逆散射问题的实时解决奠定了基础。

摘要： 本发明提供一种背散射模型生成方法、去除背散射伪影的方法及成像系统，所述背散射模型生成方法包括：预设拍摄参数，并在不同X射线产生电压下，采用第一平板探测器分别对待成像物体进行拍摄成像并处理，得到第一校正图像组；预设同步骤S1相同的拍摄参数，并在同步骤S1相同的X射线产生电压下，采用第二平板探测器分别对待成像物体进行拍摄成像并处理，得到第二校正图像组；根据公式得到每一X射线产生电压所对应的背散射分布，从而得到由多个背散射分布组成的背散射模型。通过本发明所述背散射模型生成方法、去除背散射伪影的方法及成像系统，解决了现有可去除背散射伪影的平板探测器的制造成本高、重量大、不利于实现便携性的问题。

摘要： 本发明涉及一种基于后向散射模型的单光子成像系统仿真模型及建模方法。解决现有成像系统建模方法无法较为准确的实现水下单光子成像系统建模的问题。本发明通过给定相关参数，确定后向散射光功率参数；之后求得单位反射率下的回波光子以及背景噪声个数，同时考虑系统的暗计数，构成单光子探测器接收到的所有信号。最后通过观测方程，得到回波信号的期望，其中将系统的响应过程建模成泊松分布，参考响应函数设计为含指数分量的高斯函数模型，进而得到水下单光子成像系统仿真模型。利用该模型，通过匹配滤波可以验证不同器件参数和衰减长度下水下单光子成像系统对于水下目标的成像能力，对未来实现更高衰减长度的成像具有一定的指导以及借鉴作用。

摘要： 本发明提供一种光学反射模型与微波散射模型协同的森林生物量反演方法，包括1）通过对比光学与微波辐射传输模型的异同，构建光学与微波辐射传输协同模型；2）基于单木生长模型、光学与微波辐射传输协同模型，构建森林的光学二向反射和微波后向散射特征数据库及相应的森林地上生物量参数库；3）基于光学与微波协同模拟数据库，分别构建生物量反演的单源光学模型与单源微波模型；4）通过光学与微波关键因子的敏感性分析，确定协同模型中光学与微波数据各自所占权重，从而构建AGB反演的光学微波协同模型。本发明将光学遥感数据与微波遥感数据相结合，充分发挥两者反演生物量的优势，有效提高了森林地上生物量的定量反演精度。

摘要： 本发明公开了一种利用调制平移变换的Harvey散射模型进行散射光线追迹的方法，首先根据入射光线方向确定抽样区域调制参数，之后将描述Harvey散射模型的双向反射分布函数BRDF改写为积分存在解析解的调制函数，在此基础上构造散射光线追迹概率模型对天顶角与方位角进行模拟采样，将采样点坐标转换为二次方向余弦坐标系中的坐标后作平移变化，通过限制条件筛选出有效样本，最终确定散射光线方向余弦。散射光线能量可通过BRDF、散射光线数量与入射光线能量求解。本发明通过抽样区域调制参数将BRDF改写为积分存在解析解的调制函数，解决了难以构建散射光线追迹概率模型的问题，同时避免了坐标平移导致的能量损失，最终可以实现Harvey散射模型散射光线追迹。

摘要： 本发明提供一种背散射模型生成方法、去除背散射伪影的方法及成像系统，所述背散射模型生成方法包括：预设拍摄参数，并在不同X射线产生电压下，采用第一平板探测器分别对待成像物体进行拍摄成像并处理，得到第一校正图像组；预设同步骤S1相同的拍摄参数，并在同步骤S1相同的X射线产生电压下，采用第二平板探测器分别对待成像物体进行拍摄成像并处理，得到第二校正图像组；根据公式得到每一X射线产生电压所对应的背散射分布，从而得到由多个背散射分布组成的背散射模型。通过本发明所述背散射模型生成方法、去除背散射伪影的方法及成像系统，解决了现有可去除背散射伪影的平板探测器的制造成本高、重量大、不利于实现便携性的问题。

摘要： 本发明涉及一种基于后向散射模型的单光子成像系统仿真模型及建模方法。解决现有成像系统建模方法无法较为准确的实现水下单光子成像系统建模的问题。本发明通过给定相关参数，确定后向散射光功率参数；之后求得单位反射率下的回波光子以及背景噪声个数，同时考虑系统的暗计数，构成单光子探测器接收到的所有信号。最后通过观测方程，得到回波信号的期望，其中将系统的响应过程建模成泊松分布，参考响应函数设计为含指数分量的高斯函数模型，进而得到水下单光子成像系统仿真模型。利用该模型，通过匹配滤波可以验证不同器件参数和衰减长度下水下单光子成像系统对于水下目标的成像能力，对未来实现更高衰减长度的成像具有一定的指导以及借鉴作用。

摘要： 本发明提供一种光学反射模型与微波散射模型协同的森林生物量反演方法，包括1）通过对比光学与微波辐射传输模型的异同，构建光学与微波辐射传输协同模型；2）基于单木生长模型、光学与微波辐射传输协同模型，构建森林的光学二向反射和微波后向散射特征数据库及相应的森林地上生物量参数库；3）基于光学与微波协同模拟数据库，分别构建生物量反演的单源光学模型与单源微波模型；4）通过光学与微波关键因子的敏感性分析，确定协同模型中光学与微波数据各自所占权重，从而构建AGB反演的光学微波协同模型。本发明将光学遥感数据与微波遥感数据相结合，充分发挥两者反演生物量的优势，有效提高了森林地上生物量的定量反演精度。