典型目標(biāo)近紅外波段偏振特性建模及其影響因素研究.pdf

1、偏振是光的基本屬性之一，物體表面反射太陽(yáng)光后會(huì)產(chǎn)生部分偏振光。偏振特性是目標(biāo)最為本質(zhì)的屬性，與目標(biāo)自身屬性有著密切的聯(lián)系。不同性質(zhì)物體之間的偏振特性差異較大，特別是目標(biāo)與背景之間的差異更為明顯。而目標(biāo)偏振特性建模是研究不同目標(biāo)偏振反射特性差異的前提，可以為自然環(huán)境背景下的目標(biāo)準(zhǔn)確識(shí)別提供理論支持。
　　偏振特性分析是目標(biāo)特性研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。在近紅外波段利用偏振信息，對(duì)目標(biāo)與背景進(jìn)行偏振特性建模研究，是對(duì)可見(jiàn)光波段偏振模型的有益

2、補(bǔ)充。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)偏振雙向反射分布函數(shù)(polarized bidirectional reflectance distribution function，pBRDF)模型主要針對(duì)可見(jiàn)光波段，并未對(duì)近紅外波段偏振模型進(jìn)行深入研究。本論文開(kāi)展了涂層目標(biāo)和自然地物背景的近紅外波段偏振特性建模方法研究，主要內(nèi)容包括:
　　研究了野外環(huán)境不同觀測(cè)幾何條件下，典型涂層目標(biāo)與自然地物背景偏振信息的光譜特性及半球空間分布特征。為了獲取目標(biāo)

3、的偏振反射信息，基于多角度偏振測(cè)量原理，搭建了全自動(dòng)偏振探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含:多角度測(cè)量裝置、全自動(dòng)偏振光譜儀、主控系統(tǒng)平臺(tái)軟件和目標(biāo)樣品等。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)使用的全自動(dòng)偏振光譜儀進(jìn)行了偏振定標(biāo)。
　　研究了涂層表面的散射偏振特性建模方法?；贙ubelka-Munk(KM)理論，綜合考慮表面散射和體散射，建立了一種多參量偏振BRDF模型。該模型通過(guò)引入鏡向系數(shù)來(lái)表征表面散射的貢獻(xiàn)程度，使得含5個(gè)參量的新偏振BRDF模型更符合實(shí)際的涂

4、層表面散射偏振特性。利用綠漆、黑漆和黃漆涂層表面的偏振度數(shù)據(jù)對(duì)模型中的5個(gè)關(guān)鍵參量進(jìn)行了反演與驗(yàn)證，結(jié)果表明，對(duì)于不同的涂層表面，該多參量偏振BRDF模型的仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均能較好地吻合，引入鏡向系數(shù)能夠提高模型的準(zhǔn)確性。
　　研究了自然地物背景的偏振反射特性建模方法。在基于Kubelka-Munk理論的多參量偏振BRDF模型基礎(chǔ)上，引入了呈高斯分布的后向散射分量，建立了一種新的六參量偏振BRDF模型，該模型更加符合自然地物背景

5、的偏振反射特性。利用草地和土壤在865nm波段處不同觀測(cè)幾何下的偏振反射比因子數(shù)據(jù)，并結(jié)合遺傳算法，擬合出了模型中的6個(gè)參量，將測(cè)量值與仿真值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，所建立的六參量偏振BRDF模型的仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間具有很好的吻合性，證實(shí)了該模型的準(zhǔn)確性與有效性。
　　研究了氣溶膠濃度較高天氣條件下涂層目標(biāo)偏振BRDF測(cè)量過(guò)程中的天空漫射光扣除方法。提出了一種基于Kubleka-Munk理論的多參量偏振BRDF模型與RT3模型相