【摘 要】
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光线与物体表面发生相互作用后,不仅会改变光线的传播方向,而且光线的偏振特性也会发生改变。物体表面反射光的偏振特性与入射角、入射光波长、表面的光学特性以及表面的物理结构等因素密切相关,偏振特性分析一般是通过建立目标表面的偏振双向反射函数（Polarized Bidirectional Reflectance Distribution Function,PBRDF）模型来实现的。本文针对多层涂层表面P
【基金项目】
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国家自然科学基金“面向激光清洗表面动态三维测量的线激光三角全偏振成像方法研究”,项目编号 52005347；
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光线与物体表面发生相互作用后,不仅会改变光线的传播方向,而且光线的偏振特性也会发生改变。物体表面反射光的偏振特性与入射角、入射光波长、表面的光学特性以及表面的物理结构等因素密切相关,偏振特性分析一般是通过建立目标表面的偏振双向反射函数（Polarized Bidirectional Reflectance Distribution Function,PBRDF）模型来实现的。本文针对多层涂层表面PBRDF建模困难以及现有模型精度不足的问题,从光在涂层-基底构成的目标表面中传播物理过程的模拟和求解角度,基于微面元理论、偏振光线跟踪技术和蒙特卡洛统计方法逐步构建了多层涂层表面的PBRDF模型。根据所建PBRDF模型,研究了入射角、入射光波长、表面粗糙度以及基底材质对目标表面反射光偏振特性的影响规律,可为目标表面的探测和测量提供理论依据。本文具体研究内容如下:（1）基于快速傅立叶变化法并依据目标表面的物理结构特征,采用计算机技术实现了目标表面的三维重构。在此基础上,对三维重构的目标表面进行参数分析,确保表面的统计特征是合理的,重构后的表面能够用于物体表面光散射过程的模拟。（2）基于微面元理论和目标表面法线的概率分布函数,在各层中随机采样与散射光线相交面元的法向量,然后根据菲涅尔方程随机选择涂层内部传播的反射或折射光线,在此基础上使用偏振光线跟踪技术和蒙特卡洛方法对涂层表面的偏振光散射过程进行统计求和,从而得到目标表面上半球空间内反射光的PBRDF模型,同时对PBRDF模型进行了仿真和实验验证。（3）针对单层粗糙表面,根据本文所建模型,结合表面的物理结构特征,仿真分析了入射角、表面粗糙度、相对方位角等因素对反射光偏振特性的影响规律。（4）基于多层涂层表面的PBRDF模型,并依据涂层表面的物理结构特征,仿真分析了入射角、入射光波长、表面粗糙度、基底材质、涂层厚度以及涂层层数对涂层表面反射光偏振特性的影响。
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