在偏振光条件下, 物体的表面反射受到折射率、 表面粗糙度、 入射角等多种因素的影响。 针对粗糙物体表面在不同波段光照下表现出不同的偏振反射特性, 提出一种基于Kirchhof理论的偏振光谱BRDF模型。 利用已知材质在不同波长下的复折射率, 对其折射率和消光系数部分分别反演出的对应光谱模型, 进而得到复折射率的光谱模型; 同借鉴经典的表面粗糙度测量方法, 结合菲涅耳反射公式, 推导出表面粗糙度的光谱模型, 将得到的复折射率和粗糙度光谱模型与BRDF模型相结合, 推导出偏振光谱BRDF建模。 模型分别在折射率随波长变化、 粗糙度为常量, 折射率、 粗糙度均随波长变化以及原模型三种情况下进行仿真对比实验, 并将所得到的数据与其他资料进行对比。 其结果表明, 该模型能够较为准确的反映物体表面的偏振反射特性, 并且能够描述偏振度随波长变化趋势的光谱特征, 能够为偏振遥感、 物质分类等方面的应用提供可靠依据。

针对传统热辐射偏振模型忽略物体表面微观分布的问题, 进行红外热辐射偏振特性建模仿真研究, 基于微面元偏振双向反射分布函数 (pBRDF), 结合微观结构分布情况建立红外热辐射偏振度模型。利用红外热辐射发射率的平行和垂直分量的和分之差来表示偏振度, 根据基尔霍夫定律和微面元双向反射分布函数 (BRDF)得到发射率与半球空间反射率之间的关系, 最后将微面元 BRDF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并计算偏振度。仿真结果表明, 模型仿真得到的红外热辐射偏振度与发射角的关系曲线与实际测量结果基本保持一致, 并且与传统红外热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热辐射偏振特性。

研究大气偏振光谱在太阳天顶角SZA、 观测天顶角VZA和相对方位角RAA构成的观测几何变化时的特征。 采用离散坐标法求解大气矢量辐射传输方程, 结合真实大气环境与结构参数, 以MODTRAN太阳参照光谱仿真大气层顶初始光谱, 考虑下垫面反照、 气溶胶垂直分层与成分混合比及痕量气体吸收的影响, 仿真计算相对方位角为0°和90°时0.4~3 μm波段大气偏振光谱, 丰富大气偏振光谱信息。 仿真结果表明: (1)相对方位角为0°时, 偏振度DoP和Q/I随SZA的变化分别呈“V形”和倒“U”形, U/I很微弱, 量级低于10-7, V/I在任何观测几何下都很微弱; (2)晨暮时段, 若太阳不在视场内, 大气偏振度在波长0.51和2.75 μm附近为极大值, 在1.5 μm附近为极小值。 因此, 在不同的观测几何条件下, 选择相应的波段和偏振信号, 将有利于实体目标探测。

目前红外与可见光图像直接融合存在红外目标取舍和场景信息提取困难,结合非采样Contourlet 的多尺度、多方向性和平移不变性的优点,本文提出了一种基于非采样Contourlet 变换(NSCT)的红外与可见光图像融合方法。首先对源图像进行分解,然后低频子带通过构造基于区域的特征像素能量,进行加权融合,高频子带直接选用方差取大法融合。使用该算法进行了融合实验,并给出了融合质量评价。实验结果表明,本文提出的基于NSCT 的图像融合算法在保留图像细节信息、增加信息量方面都有显著地提高。