海洋辐射传递的傅立叶光学方法.pptVIP

海洋辐射传递的傅立叶光学方法 我们将运用一种海洋辐射信息传递的物理模型，它不同于海洋光学传统的研究方法。这种模型运用了光学信息处理的理论与方法，在一定程度上解决了与水中图象传输密切相关的海水光学传递函数、与激光雷达密切相关的海中窄光束传输、与海洋光学遥感密切相关的海洋辐射传递反演等问题。 海洋中辐射传递逆问题 用球谐函数方法，可推出c及?的表示式为 * * 辐射传递实质上是一种信息传递过程，这一重要的概念一直未受到注意。如果运用线性系统理论、Fourier光学方法讨论海洋中辐射传递问题，对海洋光学中许多较复杂的问题，如传递函数、海洋辐射传递逆问题、垂直衰减K函数等，大大简化，并可得到很好的结果。 我们从辐射传递方程（4-1）出发，可以十分简单地得到海水光学传递函数与海水散射函数?的关系。注意到方程（4-1）式右边的积分，因为?值仅与（?’-?）有关，故积分实质上是L与?的卷积运算，因此对（4-1）式作Fourier一Bessel变换，得到 （4-39） 上式符号上的波纹号表示其Fourier-Bessel变换。显然，通过Fourier-Bessel变换后，将复杂的微-积分方程(4-1)变换成了简单的线性微分方程(4-39)，我们称（4-39）式为变换辐射传递模型。解方程（4-39）可得 若令 则 =1，因此海洋水体的光学传递函数可表示为 OTF （4-41） 上式 称为空间频率衰减函数，?表示空间频率。若已知海洋水体的OTF，则可求得海水的点扩展函数 PSF= （4-42） 同时也可求得海水的体积散射函数 （4-43） 但是，若运用Fourier光学方法，可十分简便地对辐射传递逆问题求解。根据（2）式，可得 （4-46） 由于?并不是?的?函数，所以其Fourier-Bessel变换 是个有限带宽函数，即必然有 上式表示当角空间频率?很高时， 。由此可得 Fourier-Bessel的核函数为 , 所以 （4-49） 显然，我们得出的（4-49）式比（4-44）式要简捷得多。而且仅仅是线性微分方程（4-39）的简单结果。 同样，可得出?(?)的表示式 （4-50） 显然（4-50）式比传统海洋光学导出的（4-45）式的理论方法要简单得多， 海水吸收系数 根据（4-39），我们很易得到海水吸收系数 对上式作变换得到 （4-51） 变换核函数为 ，当?=0可写成近似（注意 , 很小时 ，） （4-52） 即为 ,其中 为海水总散射系数， 故为海水吸收系数。 漫射衰减系数K的近似表达式K函数表示辐照度随深度的垂直衰减系数，是与可见光海洋遥感及海洋初级生产力密切相关的参量，从海洋辐射传递方程出发来讨论K函数。 设?代表r路径方向的单位矢量，并令 k grad(L) (4-53)因此，   μk (4-54)  对(4-54)式作变换，我们得到 ? ??k 由上式可得 k （4-55） 如果选择k(L)矢量沿着水深z方向（向下为正），则 ???k 对上式作变换，得到（上式?为?与z轴的夹角） （4-56） （4-55），（4-56）式又可写成 及 （4-57） * * * 我们从辐射传递方程（4-1）出发，可以十分简单地得到海水光学传递函数与海水散射函数?的关系。注意到方程（4-1）式右边的积分，因为?值仅与（?’-?）有关，故积分实质上是L与?的卷积运算，因此对（4-1）式作Fourier一Bessel变换，得到 （4-39） 上式