微粗糙基底上多层涂层光散射偏振建模与特性研究.pdfVIP

第36卷，第3期 光谱学与光谱分析 V01．36，No．3，pp640—647 20 1 6年3月 and SpectroscopySpectralAnalysis March，2016 微粗糙基底上多层涂层光散射偏振建模与特性研究 曹 慧，高 隽，王玲妹+，王 驰 合肥工业大学图像信息处理研究室，安徽合肥230009 摘要为满足多层涂层目标的偏振探测需求，基于一阶矢量扰动理论，结合偏振传输矩阵，建立微粗糙基 底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型，研究多因素影响下两种典型涂层目标，单层减反射涂 层和多层高反射涂层的光散射偏振特性，结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响，峰值左 侧的偏振度较之裸基底增大，右侧反之，探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标，不同观测角 和入射波长下，多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关，层数增加，多层涂层在 镜反射附近具有去偏作用。仿真结果符合测量数据，验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性，为 实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。 关键词散射；多层涂层目标；偏振双向反射分布函数；偏振度；穆勒矩阵 中图分类号：0436．3文献标识码：A 糙表面和表面含有缺陷粒子的PBRDF模型，提出了用 引 言 PBRDF矩阵分量进行次表面缺陷、微粒污染或粗糙表面诱 导下等不同散射机理的区分。 随着高科技隐身技术和军事伪装材料[玎的发展，多层涂 实际中，目标表面一般都涂有不同作用的涂层。在目标 层目标越来越受到广泛的关注，探测多层涂层目标的偏振特 隐身和伪装以及材料制备中，涂层起到改变表面反射特性或 性，可以获取传统光强探测方法无法提供的新信息，提高目 防止材料腐蚀等作用。E1lis[9]针对油漆涂层的反射模型，建 标探测精度。因此，对多层涂层目标光散射进行偏振双向反 立了一种由镜面介电层覆盖的朗伯反射体组成的光滑涂层 bidirectionalreflectancedistribution 射分布函数(polarized function，PBRDF)建模和分析，获取目标的偏振特性，在目 具有一层涂层的表面偏振散射特性，分别计算了涂层与基底 标探测、军事目标隐身、计算机视觉[21等领域都具有重要意 的散射琼斯矩阵。巩蕾等[11]提出一种粗糙基底上不同涂层 义。 的PBRDF模型，对不同涂层的光学特性进行研究，反演基 reflectancedistribution 双向反射分布函数(bidirectional 底的光学信息。陈超等在微面元模型的基础上，通过实验研 function，BRDF)是反射介质本质属性的表达，描述表面的反 究，结合遗传LM算法，建立了涂层目标光谱PBRDF模型， 射能量分布情况。PBRDF在B随)F基础上发展起来，播述散可以预测任意探测几何条件下的光谱PBRDF值。这些针对 射的偏振特性[3]，是获取目标偏振探测信息的有力手段。关 涂层目标表面的PBRDF研究多集中在粗糙基底上涂有单层 于目标表面光散射PBRDF的建模与分析，国内外学者都展涂层的目标上，建模方法主要有微面元法，多参量模型法以 开了大量的研究。Priest和GeHne一4]从微西元模型和菲涅尔 及基于矢量扰动理论的电磁解法，但未考虑多层涂层目标表 反射出发，通过坐标变换和琼斯矩阵将标量Torrance-Spar—面的偏振散射情况。针对实际应用中涂