第36卷，第1期 2016年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
偏振光谱BRDF建模与仿真
凌晋江，李钢，张仁斌，汤倩，叶秋
合肥工业大学计算机与信息学院，安微合肥230009
Vol. 36,No.1-Pp42-46
January,2016
摘要在偏振光条件下，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：同借鉴经典的表面租髓度测量方法，结合菲涅耳反射公式，推导出表面租糙度的光谱模型，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、粗稳度为常量，折射率、租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。
关键词偏振光谱双向反射分布函数；折射率；表面粗糙度
中图分类号：0433.1
文献标识码：A
引言
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593(2016 )01-0042-05
波长的变化而发生改变，表面粗糙度的在特定波长下进行测量，当波长发生变化时，租稳度也会有所不同。
随着遥感等技术的发展，偏振光谱等技术广泛应用于物
在自然光条件下，自标隐藏主要依靠采用与背景色相近
的同色同谱方式进行伪装，由于物体表面的反射光与环境光相近，因此很难发现目标。然而在偏振光条件下，物体表面的反射特性受到其介电系数、粗糙度等多种因素的影响而产生较大的区别，尤其是人造目标相对于自然目标有较强的偏振特性，所以偏振光对人造自标的探测效果无其明显。同非偏振探测相比，偏振探测能够提供更多区分目标的特征信息，而且不需要很高的辐射量测量精度就可以达到相对较高的精度。并且在不同的探测波段下的同一实体目标的反射偏振特性亦有不同。
偏振双向反射分布函数BRDF（pBRDF)是双向反射分布函数(BRDF)的一般表现形式，通过使用失量的形式描述偏振光，使得pBRDF能够描述物体表面的偏振反射特性。然而现有的各种pBRDF模型多是针对可见光范围内的偏振反射特性，并没有将波长这一因系纳人模型的考患范围中[23)，使得模型本身有很大的局限性，不能适用于红外波段等非可见光波段范围内的光反射特性。另一些模型中，虽然将波长作为模型的参数之一，然而却忽略了模型中其他参量也是随波长而发生变化，如物体的折射率会随着人射光
收稿日期：2014-08-01，修订日期：2014-12-18
质分类等领域。然而从上述讨论中可以看出现有pBRDF模型很少将波长纳人其考患因素，并且其他参量也是用常数进行表示，并没有与波长相关进行建模。因此，现有的各种模型无法满足人们对于偏振光谱信息的需求。本文针对上述间题，将波长作为参考因素加人pBRDF模型中，并着研究重对折射率和租糙度与波长相关的模型，进而建立偏振光谱模型。结果表面，此模型虽具有一定的误差，但总体有较高的准确度，能够反映物质的偏振光谱信息。
偏振双向反射分布函数的定义
偏振双向反射分布函数受到表面粗糙度、折射率、方位角等多个参数控制，将目标表面视为由一系列微小面元组成，并且小面元反射遵循菲涅耳反射5」，通过描述物体表面的微观特征，能够较好的描述反射光的偏振状态。但模型中由于没有考虑反射光中的漫反射部分并且当物体表面粗糙度相对波长较小时存在衍射3]，微面元模型不能很好的处理此类状况。
Kirchhof衍射理论分析了衍射的情况，采用Kirchhof理
基金项目：国家自然科学基金项目（61271121），中央高校基本科研业务费专项资金项目（J2014HGBZ0129)资助
作者简介：凌晋江，1988年生，合肥工业大学计算机与信息学院硕士研究生
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