双向反射分布函数

摘要： 为克服大气衰减对太赫兹波应用距离的限制,充分发挥太赫兹波探测的优势,文中对空气稀薄的对流层顶高度上的太赫兹波辐射传输特性进行了研究,探索太赫兹波在卫星及飞行器平台的应用如被动探测技术等.选择7.147 THz,8.839 THz与10 THz三个频率较高、吸收衰减较小的窗口频率,计算和分析不同频率和海拔高度上大气背景亮度及目标对背景辐射的反射辐射.结果表明,在所有高度上,大气背景在向上方向上的辐射比向下方向上的辐射小,这种趋势在海拔高度高于5 km时更为明显.对于平行与地面放置的钝头锥目标来说,在高于5 km的高度上出现反射辐射的不对称性,反射的辐射在约80°和190°时达到峰值.

摘要： 人类航天活动日益频繁,空间目标种类和数量不断增多,识别未知空间目标的关键特征具有重要的科学价值。本文通过辅助图形软件建模分割,获取球体、圆锥体和圆柱体带法向量的面元坐标;基于卫星仿真工具包,得到了目标轨道及位置参数,并结合双向反射分布函数各向异性Phong模型和四元数姿态更新模型,完成了地基观测条件下4种形状空间目标的视星等仿真。仿真结果表明,目标受空间位置、形状和姿态的影响程度不同,其光度曲线具有各自特点。球体由于形状完全中心对称,光度曲线主要受空间位置的影响;圆锥体、正方体、圆柱体光度曲线的波形受形状影响较大,曲线走向受位置影响较大,波动频率受姿态角速率影响较大。通过统计分析相关数据,可为后续空间目标位置、姿态和形状的反演提供先验模型。

摘要： 基于物理过程提出了一个针对混沌激光测距系统的仿真计算模型。该计算模型相对全面地考虑了引起混沌信号退化并造成测距误差的各种因素,包括大气衰减、大气湍流、几何衰减、被测物体的表面法线信息及其双向反射分布函数、多径噪声、环境光噪声、系统热噪声和光电二极管的退化模型等。为了重点探索双向反射分布函数、环境光噪声、多径噪声对基于混沌信号的深度图重建精度的影响,进一步通过将一维离散混沌序列作为探测信号,基于互相关法对合成的深度图进行扫描测距和深度图重建。实验结果表明,本文研究的混沌激光仿真测距系统的深度图重建质量受双向反射分布函数中粗糙度系数的影响并不十分明显,但当粗糙度逐渐增大时,漫反射成分也逐渐增大,此时多径噪声的影响将逐渐显现。此外,该系统能够在一定的环境光噪声强度范围内表现出对环境光噪声较强的鲁棒性,但即使在多径噪声较弱时,其深度图重建质量也会随多径噪声以较快的速率衰减,当多径噪声增强到一定程度时衰减速率才趋于平缓。本文能为实现实际的混沌激光深度图重建系统以及针对影响重建质量的退化因素分析提供参考和依据,并有助于快速高效地构建出基于物理过程且接近于实测环境的混沌激光深度图探测结果数据集。

摘要： 高精度双向反射分布函数(BRDF)绝对测量装置可用于星上定标漫反射板等漫反射参照体BRDF的绝对测量,其转角的不确定度是整个装置不确定度的主要来源之一。通过对各部件几何位置的标校降低BRDF绝对测量装置转角的不确定度,可有效降低BRDF绝对测量的不确定度,具有重要的意义。根据BRDF绝对测量装置的特点,以串联式六轴机器人为测量工具,以固定于中空分度盘的积分球光源出射的光束作为指示,开发了一整套BRDF绝对测量装置各部件几何位置的标校方法,最后基于镜反射实验验证了转角的精度优于0.05°,满足应用需求。该方法不仅测量精度高,而且大大简化了装调过程,实现了无接触式标校,为类似装置的标校提供了参考。

摘要： 针对空间目标偏振探测识别的需求,研究了三类(保温膜、太阳能帆板、卫星涂层)六种(金色保温膜、银色保温膜、单晶硅、神化傢、卫星涂层SR107和S781)典型空间目标材质偏振光谱反射特性。基于研制的材质偏振光谱测量装置测试结果进行分析,揭示了空间目标材质的偏振光谱特性空间分布规律。结果表明,光谱特性不随接收角变化,峰值特征波长不随检偏器角度变化;材质光谱半峰宽、特征波长以及保偏和消偏特性不随入射角变化,但不同入射角处光谱特征峰的峰值不同。文中研究对空间目标偏振探测具有重要的指导意义。

摘要： 随着空间光学技术的快速发展以及光电探测器件性能的不断提升,高分辨率、多光谱、低探测阈值的遥感系统在航空、航天等领域的应用越来越广泛,对光电载荷的杂光抑制能力与评价指标逐渐严苛,杂散光抑制技术和仿真分析已成为不可缺少的环节之一。尽管杂散光的抑制与评估技术开展较早,但仍然需要系统性方法体系引领该技术的发展,以改变当前分散化、碎片化的研究现状。因此,需要建立一体化的杂散光抑制与评估方法体系,在杂散光抑制方案制订、抑制模型表面特性测量与建模、杂散光抑制效果仿真、杂散光测试及评估等四个关键技术模块进行深入研究。本文给出了一套整体技术路线,为更好推进杂散光抑制与评估技术的发展和应用提供思路。

摘要： 飞机蒙皮对于背景辐射的反射可以作为红外目标识别的辐射源,但背景辐射通常来源于太阳辐射和地面背景辐射等辐射的综合作用,其复杂性和多变性也可能使飞机的红外反射辐射严重干扰红外制导的准确性,因此,研究复杂环境背景下的飞机蒙皮红外反射特性对于红外目标识别和红外导弹制导等应用具有重要意义.本文基于Schlick双向反射分布函数(BRDF)模型,结合有限元方法,利用反向蒙特卡洛法计算辐射遮挡因子,在MODTRAN软件环境下计算大气光谱透过率,针对不同条件下的飞机红外反射辐射特性进行研究.结果表明,不同探测角度和探测波段对飞机红外反射特性具有很大影响,且飞机蒙皮的反射辐射具有分布非均一性特点.

摘要： 对国内外偏振双向反射分布函数模型进行了归纳总结,认为:目前各个模型都依赖基于实验测量的任意角度下的穆勒矩阵,导致偏振双向反射分布函数缺乏按照电磁理论推导的物理来源.从物理本质出发,提出了未来偏振双向反射分布函数模型的发展趋势,通过理论推导研究所有影响目标偏振特性的内部本质属性和外界环境因素,找出他们对偏振特性产生影响的规律,进而揭示产生目标偏振特性的最本质原因.

摘要： 针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法.仅需利用消费级手机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性.其中对BRDF参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略,即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数,从而大幅降低参数拟合的难度.在此基础上,通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合,产生高分辨率的BRDF参数纹理图.该方法不依赖特殊设备,也无需采集海量数据,就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的多种类表面材质产生高质量的BRDF参数图,以及高真实感的基于物理的绘制结果,因此更易于实现和应用.

摘要： 针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性。其中对BRDF参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略,即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数,从而大幅降低参数拟合的难度。在此基础上,通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合,产生高分辨率的BRDF参数纹理图。该方法不依赖特殊设备,也无需采集海量数据,就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的多种类表面材质产生高质量的BRDF参数图,以及高真实感的基于物理的绘制结果,因此更易于实现和应用。

摘要： 本文介绍了双向反射分布函数(BRDF)的原理和测量方法,搭建了双向反射分布函数的测量装置,该装置可以测量可见光谱范围和红外两个大气窗口的双向反射分布函数.在可见光谱范围采用卤钨灯作为光源,光纤光谱仪作为光接收器,以10nm波长间隔测量BRDF.在红外光谱范围用碳化硅红外光源,热释电探测器为光接收器.采用标准板相对定标的方法进行测量被测样板的双向反射分布函数.可见光谱BRDF的测量重复性≤1.5％;红外光谱3μm～5μm和8μm～12μm;BRDF的测量重复性分别≤2.5％、≤3.0％.测量结果表明,该测量装置具有较高的有效性.

摘要： 双向反射分布函数BRDF真实描述了实际表面的反射特性,本文用BRDF表面代替传统的漫反射和镜反射表面研究了富氧燃烧过程中壁面对非灰气体辐射传热的影响.辐射计算模型使用统计窄谱带模型(SNB),选取刚玉板(Al2O3)作为BRDF壁面,BRDF值使用NIMS-ⅢBRDF测量系统测得,而且测量值用简化五参数模型进行了很好的拟合.比较漫反射表面和BRDF表面两种不同边界条件下的热辐射特性发现BRDF表面对热辐射有较大影响,尤其在更小的板间距、更高的表面和气体温度、含有较低浓度水蒸气时.

摘要： 双向反射分布函数(BRDF)是描述目标表面材质光学散射特性的物理量,在目标的探测、跟踪、识别和特征提取等领域有较高的应用价值.本文介绍了双向反射分布函数的测量原理和测量方法,分析了BRDF实验室测量方法的最新进展及发展方向,相关结论可为测量和分析空间目标表面材质的BRDF特性提供借鉴.

摘要： 针对双向反射分布函数测试系统灵敏度低,无法正确测量低可探测目标的问题,提出了黑体屏蔽背景的低可探测目标双向反射分布函数测试方法.该方法通过近似黑体替代原载物平台测试背景,屏蔽原测试背景信号,消除其对测试目标信号的干扰.比对测试结果表明,该方法能有效测试低可探测目标BRDF.

摘要： 基于改进的双向反射分布函数(BRDF)七参数半经验统计模型，应用免疫网络优化算法，进行典型样片的BRDF模型参数反演，获得样片材料的BRDF模型参数、均方根误差；七参数模型以原有BRDF五参数半经验统计模型为基础，引入Ingmar等在BRDF建模中考虑体散射和回程散射的方法。计算结果显示：七参数模型较五参数模型模拟精度更高，能更好地描述材料在紫外波段的空间散射分布特性，为对多波段探测目标的仿真计算打下坚实基础。

摘要： 先验知识在应用二向反射率反演地表反照率时有着重要的作用，对于空间BRDF（双向反射分布函数）采样能力缺乏的星载传感器，利用地表各向异性反射作为先验知识，是精确估算地表反照率的一个重要策略。不同下垫面BRDF特征存在明显的差异，各向异性平整指数（AFX）较好地指示地表基本散射类型的变化，本文通过AFX的大小，将地表73组观测数据在红和近红外波段分别划分成5组，通过观测数据与先验数据的最小二乘拟合及核驱动模型得到地表反照率。通过随机选择73组数据内的若干点，对此方法进行了验证，并计算了黑河实验WIDAS飞行数据玉米地的反照率。结果表明，先验知识能够较好的限制空间内BRDF形状，近而能够精确反演地表反照率；AFX有效指示BRDF形状，同时其也是判定反常结果的重要指标。AFX和先验数据的联合，对如何利用地表先验知识反演地表反照率提供了有益的尝试。

摘要： 在平面波入射情况下，利用时域有限差分法对金属铝及氧化铝薄膜的表面法向反射率及双向反射分布函数进行了数值模拟。对氧化铝膜的表面结构进行了简化，并进一步的研究其双向反射分布函数。研究结果表明，在平面波入射情况下，利用时域有限差分法对金属铝及氧化铝薄膜的表面法向反射率及双向反射分布函数模拟能够有效地计算其表面的辐射特性。

摘要： 辐射计算中的漫反射或镜反射假设并不足以完整地描述实际表面的特性.本文首次将BRDF表面引入辐射传热分析.使用Minnaert模型模拟BRDF表面,通过遗传算法得到模型参数.用DRESOR法和逆蒙特卡洛法求解了含BRDF表面的一维梯度折射率介质中的辐射传热问题.计算结果显示了DRESOR法和逆蒙特卡洛法的准确性.虽然BRDF表面和相应的漫反射表面对应的温度偏差仅为±1.5％,但辐射热流偏差高达±10.5％,这足以引起很大的分析误差,实际辐射热分析中应引起重视.

摘要： 辐射计算中的漫反射或镜反射假设并不足以完整地描述实际表面的特性.本文首次将BRDF表面引入辐射传热分析.使用Minnaert模型模拟BRDF表面,通过遗传算法得到模型参数.用DRESOR法和逆蒙特卡洛法求解了含BRDF表面的一维梯度折射率介质中的辐射传热问题.计算结果显示了DRESOR法和逆蒙特卡洛法的准确性.虽然BRDF表面和相应的漫反射表面对应的温度偏差仅为±1.5％,但辐射热流偏差高达±10.5％,这足以引起很大的分析误差,实际辐射热分析中应引起重视.

摘要： 辐射计算中的漫反射或镜反射假设并不足以完整地描述实际表面的特性.本文首次将BRDF表面引入辐射传热分析.使用Minnaert模型模拟BRDF表面,通过遗传算法得到模型参数.用DRESOR法和逆蒙特卡洛法求解了含BRDF表面的一维梯度折射率介质中的辐射传热问题.计算结果显示了DRESOR法和逆蒙特卡洛法的准确性.虽然BRDF表面和相应的漫反射表面对应的温度偏差仅为±1.5％,但辐射热流偏差高达±10.5％,这足以引起很大的分析误差,实际辐射热分析中应引起重视.

摘要： 本发明涉及一种考虑侧壁双向反射分布函数的隧道照明计算方法，属于隧道照明计算领域，包括以下步骤：S1：计算灯具直射引起的路面计算点的照度；S2：对隧道侧壁进行离散化，利用有限元思想将隧道内饰材料离散成一系列具双向反射分布函数BRDF的单元，并在照明计算过程中将其视作单元光源；S3：依次计算每个灯具对每个侧壁上反光单元的照度；S4：建立侧壁材料的双向反射分布函数模型；S5：计算计算点方向光强；S6：计算计算点处反光效应引起的照度；S7：计算路面计算点考虑侧壁反光增量的照度；本发明克服了计算值和实测值偏差过大的缺点。

摘要： 本发明公开了双向反射分布函数和散射中心的复合散射联合计算方法，实现超电大尺寸复合场景的散射回波的快速高效计算以及SAR图像仿真；本发明将复合场景的回波分为三部分，采用属性散射中心(ASC)拟合独立目标的散射回波；用基于BRDF的面元模型(BRDF‑FBM)拟合粗糙背景的散射回波；用四路径模型拟合目标与背景的多次散射分量；本发明使用了参数化模型，将复杂的散射回波积分运算用简单的数学代数式表示，其中参数式的未知量由遗传算法(GA)估计获得。该方法大大提高了计算效率，相比于多层快速多极子算法(MLFMM)运算速度提高了数万倍，同时RCS误差小于4db。本发明解决了超电大复合目标散射及成像的快速计算难题。

摘要： 本发明涉及一种野外环境下典型目标的双向反射分布函数测量方法，包括在野外环境的不同观测几何条件下采用成像探测系统测量待测典型目标和标准板的自然光照射反射辐射强度；同时基于大气辐射传输模型计算野外环境的待测典型目标和标准板的天空漫射光反射辐射强度；再根据自然光照射反射辐射强度和天空漫射光反射辐射强度对应获得待测典型目标和标准板的太阳直射光反射辐射强度；再根据比较测量法计算获得待测典型目标的双向反射比，根据所述双向反射比与双向反射分布函数模型之间的关系，获得待测典型目标的BRDF值。本发明能够有效降低天空漫射光对典型目标BRDF值测量所产生的影响，从而提高不同气候条件下典型目标的BRDF测量精度。

摘要： 本发明为了解决技术中的BRDF测量方法不能既能满足实时仿真平台的输入参数要求，又能满足测量精度的缺陷，而提出一种通过成像法获取涂层双向反射分布函数仿真参数的方法，包括：使表面带有涂层的标准球放置在平行光源下形成阴影；通过成像设备对标准球进行多次成像，每次成像时记录成像设备、标准球和阴影之间的两两距离；根据成像设备、标准球和阴影之间的两两距离计算入射光线反方向J与出射光O的夹角的余弦；根据成像设备获取的照片计算圆心的像素位置坐标；计算J在照片平面内的方位角β；计算像圆内每个像素点的宏观法线方向Z的的方位角以及Z与O的夹角γ；最后通过解析公式进行拟合。本发明适用于半实物仿真平台的目标材质仿真。

摘要： 本发明公开了一种新型模拟自然光双向反射分布函数测试装置，包括：测试光源、测试室和信号处理系统；测试光源包括卤素灯光源和可见光超连续谱激光光源，卤素灯光源经准直后的光束、可见光超连续谱激光光源的激光束经多层介质膜光栅后合为一合束光；合束光入射至测试室内的待测样品上，经待测样品散射后，散射光信号被测试室内的光电探测器接收，光电探测器输出信号至信号处理系统进行处理，得到待测样品的双向反射分布函数。本发明可选择被样品吸收率较低的卤素灯光源或可见光超连续谱激光光源作为测试光源，降低光学系统误差；可见光超连续谱激光光源在测试时可直接照射到待测样品上，无需进行准直，入射光照度光学系统误差和测量值误差较小。

摘要： 本发明提出一种基于层析成像的双向反射分布函数(BRDF)高精度测量方法与系统，属于双向反射分布函数测量技术领域，用于材料不同照明和探测角度的反射光谱分布测量。现有BRDF测量方法普遍受到探测光路通光口径大小的影响，高空间分辨率和高信号信噪比不可兼得。本发明采用层析成像与BRDF相结合的方式，使BRDF测量的空间分辨率不再依赖于通光孔径大小，同时获得高空间分辨率和高信号信噪比。具体测量时，将被测曲面划分为离散网格，利用光线追迹的方式计算探测信号与离散网格间的灵敏度矩阵，然后利用基于灵敏度矩阵的层析成像方法，实现具有离散网格相同分辨率的BRDF重建。该方法与系统实现了BRDF的完备测量，在材料光学参数测量方面具有广阔应用前景。

摘要： 一种孔内表面双向反射分布函数测量及建模方法，具体步骤包括：1、通过内窥镜获取已知内表面三维形貌孔的图像亮度信息，2、根据孔内表面各点的辐射辐照度和反射入镜头方向的反射辐射率测量孔内表面BRDF值，3、根据孔内表面BRDF与其三维形貌的关系，建立孔内表面双向反射分布函数inBRDF模型，4、实验测量特定材料孔的内表面BRDF值，采用遗传算法确定特定材料的inBRDF模型最优参数；基于内窥图像亮度和孔内表面法向分布测量孔内表面BRDF测量方法，改进Phong模型建立孔内表面双向反射分布函数inBRDF统计模型，建立孔内表面BRDF与三维形貌的关系；本发明提出的方法能够有效测量孔、洞、腔结构内表面的双向反射分布函数，效率高且设备通用性强，建立的inBRDF模型能够快速准确获得孔内表面连续角度的BRDF值，可应用于基于机器视觉的孔内表面质量检测。

摘要： 本发明提供一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置，其包含：激光发射模块、光子模态探测接收模块、半球空间滑动测量系统；所述激光发射模块可产生两路激光光束，一路为探测光束，另一路为泵浦光束，分别通过两路不同的光纤通道传输给光子模态探测接收模块；所述半球空间滑动测量系统，其设置有低散射涂层平面，使探测光束产生半球空间的散射光束，采用不同类型的圆形轨道以实现低散射涂层半球空间双向反射分布函数的测量；所述光子模态探测接收模块包含：光子模态转换晶体，利用光子模态转换晶体滤除与泵浦光束不同的噪声光子，从根本上滤除噪声，提升测量精度。本发明具有测量精度高，测量速度快，准确率高，测试成本低等优势。

摘要： 本发明提供了一种混合地物类型的光谱双向反射分布函数建模方法及装置，其中方法包括：确定所需建模的混合地物类型所包括的至少两种地物类型；针对所述至少两种地物类型中每一种地物类型，获取该地物类型所对应样本在若干种测量条件下的双向反射分布函数测量值；基于针对每一种地物类型得到的测量值，确定预先构建的地物地表双向反射分布函数模型中的未知参数的值；根据确定的未知参数的值，得到混合地物类型的光谱双向反射分布函数模型。本方案，能够准确得到混合地物类型的空间反射分布特性。

摘要： 本发明公开了双向反射分布函数和散射中心的复合散射联合计算方法，实现超电大尺寸复合场景的散射回波的快速高效计算以及SAR图像仿真；本发明将复合场景的回波分为三部分，采用属性散射中心(ASC)拟合独立目标的散射回波；用基于BRDF的面元模型(BRDF‑FBM)拟合粗糙背景的散射回波；用四路径模型拟合目标与背景的多次散射分量；本发明使用了参数化模型，将复杂的散射回波积分运算用简单的数学代数式表示，其中参数式的未知量由遗传算法(GA)估计获得。该方法大大提高了计算效率，相比于多层快速多极子算法(MLFMM)运算速度提高了数万倍，同时RCS误差小于4db。本发明解决了超电大复合目标散射及成像的快速计算难题。