目标材质偏振反射特性建模与分析:金属与涂层

本书着重开展金属及涂层材料的偏振反射特性建模分析与分类识别研究，是国内首部有关典型材料偏振反射特性建模及分析的专著。本书的特色在于，面向偏振探测中对目标材料特性准确表征的需求，针对现有偏振特性模型几何衰减因子、漫反射物理特性考虑不足导致模型精度低的问题，基于反射散射物理过程的深入剖析，提出了修正假设，构建了新的偏振模型，推演了系列物理表达式，并进行了模拟及大量实验测试验证，大大提高了模型的精度。在此基础上总结了主动探测和被动探测条件下的偏振特性规律，提供了基于偏振信息的材质分类识别方法，证明了空间目标偏振探测与识别的有效性。

第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 偏振探测 2
1.2.1 偏振光学基本概念 2
1.2.2 偏振探测技术的应用 5
1.2.3 偏振探测技术的优势 6
1.2.4 偏振探测仪器的发展 8
1.3 偏振反射特性建模研究现状 10
1.3.1 BRDF 模型的发展 11
1.3.2 pBRDF 模型的发展 14
1.3.3 典型目标偏振特性及规律的发展现状 18
1.3.4 偏振谱特性研究发展现状 27
1.4 偏振探测与偏振特性应用: 以空间目标为例 40
1.4.1 空间目标偏振探测 40
1.4.2 空间目标偏振特性 43
1.5 小结 47
第2章 现有典型偏振反射特性模型 49
2.1 BRDF 模型 49
2.1.1 BRDF 数学表述 49
2.1.2 Torrance-Sparrow 模型 50
2.1.3 Beard-Maxwell 模型 52
2.1.4 Beckmann-Kirchhoff 模型 53
2.2 pBRDF 模型 56
2.2.1 pBRDF 数学表述 56
2.2.2 Priest-Germer 模型 57
2.2.3 Hyde 模型 59
2.2.4 pBRDF 模型仿真分析 60
2.3 小结 62
第3章 基于随机表面微面元理论的几何衰减因子修正 64
3.1 现有典型几何衰减因子及其存在问题分析 64
3.2 强度几何衰减因子的理论推导及仿真分析 66
3.2.1 理论推导 66
3.2.2 仿真分析 70
3.3 偏振几何衰减因子的理论推导及仿真分析 71
3.3.1 理论推导 71
3.3.2 仿真分析 76
3.4 小结 79
第4章 三分量偏振反射特性模型 80
4.1 从菲涅耳公式入手 80
4.2 基于三分量假设的pBRDF 模型建立 83
4.2.1 现有pBRDF 模型存在问题分析 83
4.2.2 三分量反射假设思想 85
4.2.3 涂层材料三分量pBRDF 模型 87
4.2.4 金属材料三分量pBRDF 模型 93
4.3 pBRDF 模型仿真分析 99
4.3.1 涂层材料pBRDF 模型仿真分析 99
4.3.2 金属材料pBRDF 模型仿真分析 105
4.4 基于三分量假设的DOP 模型建立 109
4.4.1 DOP 模型 109
4.4.2 DOP 通用表达式推导 112
4.4.3 自然光照射下的DOP 表达式推导 114
4.4.4 线偏振光照射下的DOP 表达式推导 116
4.5 DOP 模型仿真分析 117
4.5.1 涂层材料DOP 仿真分析 117
4.5.2 金属材料DOP 仿真分析 120
4.6 小结 122
第5章 典型材料偏振特性测量与模型参数确定 124
5.1 典型材料表面形貌特征测量 124
5.1.1 金属材料表面形貌特征测量 124
5.1.2 涂层材料表面形貌特征测量 126
5.2 偏振反射特性实验测量 127
5.2.1 偏振反射特性实验测量方法 127
5.2.2 偏振反射特性实验测量系统 128
5.2.3 偏振反射特性实验测量过程 131
5.2.4 实验误差及误差控制 132
5.3 三分量pBRDF 模型参数确定与分析 133
5.3.1 模型参数确定 133
5.3.2 模型适用性验证 137
5.3.3 模型误差分析 143
5.4 小结 148
第6章 典型目标材料偏振反射特性模型验证 150
6.1 pBRDF 测量结果与模型验证 150
6.1.1 金属材料pBRDF 测量结果与模型验证 150
6.1.2 涂层材料pBRDF 测量结果与模型验证 162
6.2 DOP 测量结果与模型验证 168
6.2.1 金属材料DOP 测量结果与模型验证 168
6.2.2 涂层材料DOP 测量结果与模型验证 180
6.3 典型目标材料偏振反射特性规律总结 183
6.4 小结 184
第7章 空间目标材料偏振特性分类识别方法研究 185
7.1 基于偏振指标概率密度分布的材料分类识别方法 185
7.1.1 基于Stokes 矢量的分类识别方法 185
7.1.2 基于DOLP 的材料分类识别方法 187
7.2 基于pBRDF 矩阵的复折射率反演估算方法 189
7.2.1 现有方法存在的问题 189
7.2.2 理论推导 189
7.2.3 估算验证 191
7.2.4 材料分类识别效果 194
7.3 空间目标材料偏振特征提取方法研究 196
7.3.1 目标偏振特征提取方法 196
7.3.2 偏振成像特征提取实验与分析 197
7.4 小结 202
参考文献 203
后记 225