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基于二向偏振分布函数修正的机场地物材质可见光偏振特性研究
1
作者 邹宏扬 战俊彤 +5 位作者 李文君 张肃 付强 段锦 李英超 刘宏宇 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期343-358,共16页
为研究典型机场地物材质的偏振特性,并为偏振成像仪器研制提供所需的理论模型,本文以P-G模型为基础,构建新的二向偏振分布函数(BPDF)模型。本文分析了当大角度光线入射时阴影遮蔽效应更严重的问题,创新性地提出将镜面反射点等效为三维... 为研究典型机场地物材质的偏振特性,并为偏振成像仪器研制提供所需的理论模型,本文以P-G模型为基础,构建新的二向偏振分布函数(BPDF)模型。本文分析了当大角度光线入射时阴影遮蔽效应更严重的问题,创新性地提出将镜面反射点等效为三维球体的解决方案,并利用球面三角学公式对阴影遮蔽函数进行优化。同时,考虑到不同目标具有独特的色散特征,本研究引入色散模型代替受波长影响的传统二向反射分布函数(BRDF)参量,综合考虑漫反射、体散射,构建了新的BPDR模型。通过多角度BRDF实验,与基于动态TS算法的模型参量拟合,得到典型机场地物材质的线偏振度与模型六参量拟合结果。经过多组测试取均值,得到拟合参量中均方根粗糙度参量的测试值,验证了修正BPDF模型的有效性。在仿真分析阶段,以均方根误差(RMSE)作为精度评价指标,将修正BPDF模型、对照模型、实验结果三者进行对比,系统分析了探测角、方位角、入射角对偏振特性的影响。结果显示:4种实验目标在探测角变化时,修正模型的精度较对照模型分别提升了4.39%、4.00%、4.17%、5.26%,且在大探测角下的RMSE仍小于0.05,充分证明修正后模型可用于机场地物目标等粗糙材质的偏振特性研究。此外,通过仿真分析拟合参量对目标偏振特性的影响,发现线偏振度与折射率呈正比关系,而与表面粗糙程度呈反比关系。实验和仿真证明了修正BPDF模型的准确性,为机场地物目标的偏振特性研究提供了思路。 展开更多
关键词 偏振特性 镜面反射 色散 遮蔽效应 二向偏振分布函数(BPDF)
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基于改进型Blinn遮蔽函数的目标材料表面可见光偏振反射研究
2
作者 刘承麟 战俊彤 +5 位作者 张肃 王超 付强 李英超 段锦 姜会林 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1162-1174,共13页
为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯... 为了研究典型目标材料表面的可见光偏振反射特性,本文针对传统“V”型表面结构缺陷,引入改进Blinn型阴影遮蔽函数,综合考虑镜面反射、漫反射和体散射的影响,建立了典型目标材料表面偏振六参量双向反射分布函数模型。对不同材料(聚丙烯塑料板、99氧化铝陶瓷板、铁板、绿漆铝板)目标样板进行可见光600 nm波段的偏振特性测试实验,并采用遗传算法进行参数反演。实验与仿真结果表明:与传统“V”型遮蔽模型相比,在入射角为50°,相对方位角为180°,0°~60°观测角对目标材料表面偏振特性的影响中,聚丙烯塑料板模型精度提升最大,RMSE百分比提升了70.61%;在入射角为50°,观测角为50°,DoLP随90°~270°相对方位角变化的过程中,与另两种参考模型相比,本模型精度至少提升了24.73%,线偏振度最小均方根误差值仅为1.29%。对于本文使用材料而言,偏振特性取决于其复折射率的值,当入射角确定,观测角为0°~60°,相对方位角在0°~360°内时,n/k的比值越大,线偏振度峰值越大。在可见光波段,波长对线偏振度的影响不大。 展开更多
关键词 偏振特性 材料表面 可见光波段 遮蔽函数 偏振双向反射分布函数
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离轴自由曲面光学系统偏振像差特性研究 被引量：8
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作者 张艺蓝 史浩东 +4 位作者 王超 李英超 刘壮 张肃 姜会林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第18期182-192,共11页
针对自由曲面面型所引起的偏振像差对系统的成像质量和测量精度的影响不可忽略,基于琼斯表示法提出含有条纹泽尼克多项式的自由曲面离轴光学系统的偏振像差分析方法,构建自由曲面反射光学系统的偏振像差解析模型,分析条纹泽尼克多项式... 针对自由曲面面型所引起的偏振像差对系统的成像质量和测量精度的影响不可忽略,基于琼斯表示法提出含有条纹泽尼克多项式的自由曲面离轴光学系统的偏振像差分析方法,构建自由曲面反射光学系统的偏振像差解析模型,分析条纹泽尼克多项式中Z5和Z6项对视场离轴光学系统偏振像差分布的影响。通过全视场偏振光线追迹验证自由曲面对视场离轴光学系统的相位像差、相位延迟和二向衰减三种偏振像差的作用规律。针对含有自由曲面的大视场离轴三反光学系统进行全视场偏振像差分析。分析结果表明,相位像差分布与自由曲面面型矢高分布一致,二向衰减和相位延迟均为系统总体的50%。 展开更多
关键词 光学设计 偏振像差 琼斯矩阵 自由曲面 偏振光线追迹 离轴系统
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粗糙水面环境溢油目标多角度可见光偏振特性 被引量：2
4
作者 张伟 战俊彤 +5 位作者 张肃 付强 李英超 段锦 包世成 姜会林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期131-143,共13页
为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙... 为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油(机油、原油、柴油、煤油、汽油)目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明:若相对方位角为180°,线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小,随入射天顶角的增大也先增大后减小;线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小,在相对方位角为180°时达到最大,且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上,证明了该模型的准确性,为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。 展开更多
关键词 海洋光学 偏振特性 偏振二向反射分布函数 P-G模型 可见光 溢油目标
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含数字微镜器件的离轴光学系统偏振像差分析及补偿 被引量：3
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作者 王凯凯 王超 +5 位作者 史浩东 刘壮 付强 王稼禹 李英超 姜会林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期85-95,共11页
偏振像差会影响离轴光学成像系统的偏振测量精度和偏振成像效果,有必要对其进行标定和补偿。基于三维偏振光线追迹,分析了含有数字微镜器件(DMD)的编码超分辨离轴光学成像系统在不同视场下的偏振像差,并提出一种在光路中接近DMD位置加... 偏振像差会影响离轴光学成像系统的偏振测量精度和偏振成像效果,有必要对其进行标定和补偿。基于三维偏振光线追迹,分析了含有数字微镜器件(DMD)的编码超分辨离轴光学成像系统在不同视场下的偏振像差,并提出一种在光路中接近DMD位置加入线性衰减器(LD)和相位延迟器(LR)进行偏振补偿的方法。经计算发现,DMD表面引入的最大二向衰减为1.43×10^(-3),最大相位延迟为9.52×10^(-3)rad,整体光学系统引入的最大二向衰减为2.32×10^(-3),最大相位延迟为1.55×10^(-2)rad,DMD引入的偏振像差占全系统的60%以上。对比了偏振补偿前后整体光学系统的偏振像差分布、琼斯瞳和偏振成像仿真效果,结果表明:布置合适的弱偏振器件进行补偿后,二向衰减和相位延迟均减小为补偿前的一半左右,琼斯矩阵接近单位阵,偏振成像中的串扰现象也明显减少。可见,DMD会引入较大的偏振像差,而在DMD附近的光路中使用LD和LR能够简单有效地进行偏振补偿。 展开更多
关键词 成像系统 偏振像差 数字微镜器件 琼斯瞳 弱偏振器件
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