红外辐射偏振建模与仿真研究

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红外辐射探测只是测量目标物体表面的辐射强度,当有辐射强度相同的干扰物体时,不能够区别目标物体和干扰物;红外辐射偏振探测不仅测量目标物体表面的辐射强度,而且测量不同偏振方向上辐射情况,并且不同的物体表面的偏振特性是不同的,所以红外辐射偏振探测能够区分目标物体和干扰物,已经成为研究热点之一。传统红外辐射偏振研究中采用红外辐射发射率的平行分量和垂直分量的和分之差来表示偏振度,使用菲涅尔公式计算菲涅尔反射率,再根据发射率与反射率的关系最后得到基于菲涅尔反射率的红外辐射偏振模型。由于传统模型中菲涅尔反射率是在物体表面镜面反射的前提条件下推导的,只适用于理想光滑物体表面;为了表示不同粗糙度条件下物体表面的红外辐射偏振特性,传统模型实际测量不同粗糙度时物体表面的复折射率,再代入到模型中进行计算,此方法由于忽略了粗糙物体表面的微观分布,使得最终的结果也并不完全准确。针对传统红外辐射偏振模型中忽略粗糙物体表面微观分布这一情况,本文展开了对红外辐射偏振特性的理论研究并建模仿真,基于微面元偏振双向反射分布函数,结合微观结构分布情况建立红外辐射偏振度模型。首先对双向反射分布函数进行研究,引入微面元双向反射分布函数对传统红外辐射偏振模型进行改进,根据基尔霍夫定律和微面元双向反射分布函数得到发射率与半球空间反射率之间的关系。然后研究如何将微面元双向反射分布函数偏振化,计算定向半球空间反射率,继而得到定向发射率矩阵来计算红外辐射偏振度,建立基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振模型,对其进行仿真实验并分析。实验结果表明,模型仿真得到的红外辐射偏振度与实际测量结果值基本保持一致,并且与传统红外辐射偏振模型仿真结果相比较更符合实测值,在表面粗糙度较大的情况下,能够更准确地反映物体的红外辐射偏振特性。最后本文对典型材质目标物体进行建模并仿真计算红外辐射偏振度图像,进一步验证了本文模型的正确性,并且说明了红外辐射偏振图像能够更好的区分出目标物体并且能够得到细节纹理信息更丰富的图像。
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