红外与激光工程
2023, 52(10): 20230108
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
场景定标是大视场遥感器在轨替代定标的常用方法,具有定标频率高、无需同步测量的优点。冰雪场景通常使用格陵兰冰盖(75°S,123°E)和南极冰盖(73.375°N,40°W)作为目标,由于其海拔较高(通常大于2 km),故受到大气影响较小,能够得到数据质量较好的定标样本。此外,冰雪在可见光范围以内光谱较为平坦,因而比较方便借助于其他定标方法实现波段传递。基于对前人极地场景定标方法的研究,将冰雪场景的地表双向反射分布函数(BRDF)和大气参数代入辐射传输模型之后,对我国高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)载荷的在轨辐射响应变化进行测试,得出的结论与沙漠场景和海洋场景的定标结果吻合度较高,且定标结果的离散度更小。所提方法可以对载荷在轨运行期间的探测数据提供长期监测、校正,并有助于业务化应用产品的质量提升。
在轨辐射定标 冰雪场景 辐射传输 地表双向反射分布函数模型 光学学报
2023, 43(18): 1812005
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心),北京 100081
3 许健民气象卫星创新中心,北京 100081
双向反射分布函数(BRDF)是星载遥感器进行场地替代定标中的重要参量,随着技术的进步,低空自旋翼无人机已经成为了获取场地BRDF的便捷高效手段,通过现场测量准不变定标场的无人机多角度观测光谱数据,建立更加准确的BRDF模型还能进一步挖掘潜力。提出一种基于地-空双光谱仪联合观测加漫射板观测并消除漫射光影响的BRDF建模方法。使用无人机搭载光谱仪进行场地光谱的低空测量,获取半球空间内多角度下的场地光谱数据,同时开展地基光谱仪联合同步测量漫射参考板,连续记录照明光场的变化以及漫射光照明下的场地光谱数据。联合空地双光谱仪对目标和参考板实测的辐亮度数据,结合太阳及观察角度之间的几何观测,计算场地的多角度反射率。基于Ross-Li核驱动半经验模型对多角度反射率数据进行拟合,采用最小二乘法对模型系数进行拟合,以得到最优的场地BRDF模型,并对模型进行漫射光校正。实验证明,经漫射光校正后的BRDF模型各波段的相对偏差均值都在5%以内,相对偏差标准差在3%以内,有效消除了场地BRDF建模在漫射光照射下的干扰,提高了BRDF建模的准确性。
双向反射分布函数 无人机 双光谱仪 双向反射分布函数建模 漫射光校正 光学学报
2023, 43(15): 1528001
西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
为了表征伪装涂层表面的辐射偏振特性,以Priest Germer(P‐G)模型为基础,针对镜面反射和漫反射,建立一种基于几何衰减效应的二分量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型,引入镜面反射系数和漫反射系数,推导出红外辐射线偏振度模型,并对此模型进行校验,结果与实验数据吻合较好。数值分析涂层表面粗糙度、几何衰减效应及漫反射效应对红外线偏振度的影响,结果表明,涂层表面粗糙度越大,由粗糙度引起的遮蔽阴影效应越明显,对应涂层的红外线偏振度越小,且目标涂层的环境辐射与其红外线偏振度呈负相关。上述结果为实现**伪装和反伪装、目标识别等提供了理论支撑和技术支持。
激光光学 红外偏振 几何衰减效应 漫反射效应 偏振双向反射分布函数 伪装涂层 中国激光
2023, 50(13): 1304007
大气与环境光学学报
2023, 18(3): 235
1 河南理工大学测绘与国土信息学院,河南 焦作 454003
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心),北京 100081
3 许健民气象卫星创新中心,北京 100081
深对流云是卫星传感器可见光与近红外波段替代定标的地球稳定目标,其方向反射特性是影响场地定标精度的重要参数。为了提高定标的准确性,需要双向反射率(BRDF)模型进行各向异性因子校正。基于Himawari-8卫星成像仪,利用提取的2016—2020年期间深对流云数据,依据查找表方法实现BRDF特征建模。在同一角度下对比业务化Hu模型归一化后的各向异性因子,分析两种模型降低深对流云响应标准误差的校正效果,并将经本文模型校正的长时间序列深对流云反射率数据和定标系数方法计算的仪器衰减率进行比较。研究结果表明,在可见-近红外波段范围内BRDF特性差异较小,与Hu模型相比,该方法表现出较高的一致性,使用本文模型校正后的深对流云响应标准误差小于Hu模型,且计算衰减率数值基本一致。在短波红外通道,本文模型与Hu模型相比,各向异性特征差异较大,使用Hu模型校正后标准误差增大,而使用本文模型校正后,标准误差最高可减少31%,在深对流云与定标系数计算衰减结果方面存在差异,这可能与短波红外通道的波动太大相关。因此,基于Himawari-8卫星成像仪对深对流云的BRDF特征建模是可行的。
传感器 大气散射 深对流云 后向散射 双向反射率函数 光学学报
2023, 43(12): 1228007
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心,吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
4 吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林 长春 130012
5 空军航空大学,吉林 长春 130022
6 长春市琬逸科技应用有限公司,吉林 长春 130022
针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题,提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理,优化设计了折反射超广角成像光学系统,实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量;校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度,校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%,周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%;通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果,证明了所提表面反射光场测量方法的可行性,丰富了粗糙表面反射光场的测量手段,为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。
双向反射分布函数 超广角成像 反射光场 粗糙表面 光学学报
2023, 43(11): 1112002
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
3 长春理工大学电信学院,吉林 长春 130022
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。
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