基于CMOS探测模拟气泡幕前向光散射动态特性

提出了基于CMOS图像传感器探测前向激光近轴的散射横面角和散射纵面角的概念.使用CMOS采集了模拟气泡幕前向散射光动态图像序列,通过计算每帧灰度图像行和列像元均值将其可以用一个列向量和行向量表示,从而图像序列可以用一个图像序列矩阵描述.实验模拟了压强0.005MPa和0.01 MPa产生的气泡幕,通过计算两种压强产生的气泡幕前向光散射图像序列的横向灰度均值和纵向灰度均值,定性分析了100帧图像序列的灰度分布和演化特点,并定量分析了5帧连续图像的动态变化范围和相关性.分析CMOS探测气泡幕前向散射光动态图像序列实验结果表明,随着压强增大,产生气泡幕尺度增大、密度增加、上升速度加快,导致图像序列横向和纵向散射光灰度变化范围增加,并且相邻图像帧之间变化波动幅度增大.     

模拟气泡幕激光近轴前向散射照度分布

从Mie散射理论出发,利用单气泡散射理论模型研究了激光前向散射特性以及激光前向散射光轴周围激光照度分布状态。选用波长为632.8 nm的激光,在不同介质和不同压强下测量并分析了气泡幕的散射光照度。研究表明,激光前向散射光主要分布在离光轴0.588的范围内,其沿激光光轴呈轴对称分布,并且沿光轴方向截面分布为高斯分布;在考虑水体自身散射时,0.006 MPa、0.008 MPa和0.010 MPa下,各个散射角被散射掉的光大概占激光前向散射照度的35%、45%和55%,可得到无论考虑水体自身散射与否,激光前向散射光与压强皆成反比。     

实际加工表面红外激光散射特性的实验研究

为了研究激光在实际加工表面的散射特性,利用分辨率为10 nW的激光功率计PM100D,波长为1550 nm的激光器和精密转台,自行设计并搭建了半球空间中目标表面散射特性的测量系统. 以典型的刨床加工的若干标准粗糙度比较样块为被测目标,在1550 nm红外激光以不同方位照射下,测量了微观具有V形槽结构的不同粗糙度的样块表面的散射功率分布. 实验结果转换成双向反射分布函数后,对比分析了入射光方位、入射角和表面粗糙度对此类典型表面散射特性的影响,并分析了特殊散射场形成的原因. 结果表明,表面纹理、入射角以及粗糙度均对目标表面的散射特性有规律性影响,这一结果对于具有规律性加工纹理表面的散射特性的研究和建模有一定的参考价值,对激光技术在实际加工表面的应用研究提供了一定的基础. 关键词： 散射特性 双向反射分布函数 红外激光 实际加工表面     

多类目标样片激光散射特性研究

 对战场上几种常见目标的激光散射特性进行了实验研究,通过实验测量,得出6种类型目标平面样片的大量数据。在此基础上,应用两种BRDF经验模型,采用遗传算法对BRDF模型中的未知参数进行了优化求解,并使用SSE和R-square评价指标参数对各经验模型的适应性进行了评估。最后得出：基于Torrance-Sparrow模型的五参数半经验统计模型适应性最强,它对6种类型目标平面样片的实验数据均能很好地拟合。     

不同涂层对微粗糙基底的极化光散射影响

为了研究涂层与基底间的极化光散射,应用一阶矢量衍射理论推导出基底极化双向反射分布函数(PBRDF)。将理论分析结果与实验数据比较并数值模拟分析了在相关和非相关模型下,SiO2和TiO2涂层厚度对PBRDF的影响。考察了不同折射率对基底PBRDF的影响。结果表明随着SiO2涂层厚度的增加,相关和非相关模型下的PBRDF逐渐靠近同时逐渐和裸基底重合,即能逐渐复现基底的粗糙度轮廓;随着TiO2涂层厚度的增加,PBRDF逐渐变大,即TiO2涂层对基底有较好的平滑作用。折射率的实部和虚部对PBRDF的影响相反。因此通过对不同涂层PBRDF进行测量和计算可以反演出基底的光学信息。     

激光在水中气泡微粒的后向散射特性

从激光能量、目标位置、视场大小及气泡厚度等方面对气泡后向散射特性进行研究.采用实验方法研究脉冲激光气泡后向散射特性.实验结果表明,增大激光能量在一定程度上可以有效地改善气泡探测的效果,而气泡发生器位置和视场的合理选择使得气泡探测更容易些,气泡区域厚度的变化对气泡后向散射并没有明显的影响.该实验结论与蒙特卡洛数值模拟的结果一致.     

舰船尾流气泡层散射相位函数及其后向散射信号特性分析

根据实测舰船的尾流气泡分布模型,利用米氏理论计算得到尾流气泡层的散射相位函数,并将其应用于尾流气泡层后向散射光接收信号的Monte Carlo仿真分析中,以便为实际海况下的舰船尾流气泡层后向散射光探测的实验设置与信号预测、分析提供可靠的依据.通过对不同距离处尾流气泡层的散射相位函数及后向散射光接收信号特性的分析,可以得出:尾流中气泡层散射相位函数的变化小明显,且对接收信号的影响较小;气泡数密度的变化导致的多次散射效应和气泡层衰减系数的变化是引起后向散射光强度变化的主要原因,数密度越大,散射光信号中的多次散射光成分越大;当气泡层厚度达到一定倍数的衰减长度时,继续增加气泡层厚度对后向散射接收信号的影响较小.     

基于双向反射分布函数实验测量的目标散射特性的分析

介绍了一种用双向反射分布函数(BRDF)测定仪进行目标双向反射分布函数测量的方法。以聚四氟乙烯(F4)粉压制板作为反射标准板,给出了F4标准板及所测样品在双向反射分布函数测定仪上的测量数据。被测样片的反射光强度经标定过的漫反射标准板传递,最终在较高分辨率的半球空间内分析计算出了样品在红外(1.06μm和0.86μm)波段的双向反射分布函数。实验结果表明,该方法是一种分析目标散射特性的可行性方法。     

吸收性海水中气泡光散射特性的理论研究

 给出了一种适合于吸收性介质内粒子散射的Mie级数新的表示形式。利用Mie理论研究了吸收性海水中气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。与非吸收性海水中气泡的光散射特性相比,分析了海水折射率虚部对气泡光散射的影响。结果表明：180°后向散射的增强是气泡固有的光学性质,与所处介质无关,可以利用后向散射的增强来探测气泡。     

尾流气泡幕光学特性的数理模型

对实验室模拟的尾流以及真实尾流气泡幕中气泡的运动规律进行了分析和计算,并提出了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型,引入了最可几半径的概念从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式,并利用所得到的表达方式在实验室条件下进行了相关计算所建立的理论模型对于气泡分布的计算结果同实验结果相比,一致性相当好在气泡幕对激光散射的影响中,首次对激光偏振化特性的影响进行了区别计算计算结果表明:激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异,但其精细结构有所不同对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出,扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上,但二者的精细结构并没有可见的差别.     

粗糙表面激光散射统计建模的遗传算法

首先利用简单几何光学与概率统计的原理，根据粗糙面激光散射特性，对双向反射分布函数进行了简化和数学统计建模。然后通过遗传算法对实验测量数据的拟合，获得更多的物体粗糙表面的光散射信息。最后提出了几种简化的数学统计模型，对实验数据进行优化拟合，均取得了良好的效果。     

汤姆孙散射系统中发黑材料的表面散射特性测量

本文研制一套全自动散射特性测试平台,并使用该测试平台对汤姆孙散射诊断系统中杂散光吸光材料的表面散射特性开展实验测量研究。在1064 nm的波段下,该测试平台对双向反射分布函数的本底噪声水平优于2×10^-5sr^-1。利用该测试平台测量反射镜、不锈钢、发黑铝合金和发黑涂层等多种材料的表面散射特性。依据相关测量结果,"科大一环"汤姆孙散射诊断系统采用了Avian Black-S发黑涂料以及Metal Velvet^TM发黑铝箔用于吸收杂散光。利用测量结果给出多种材料的ABg模型参数,为杂散光追踪模拟计算提供必要数据。     

超低空状态下海面激光后向散射测量与仿真

海面的激光散射特性是制约激光雷达对低空飞行器进行探测与识别的关键因素之一.模拟超低空状态,通过人工造渡池模拟不同海情的海面,采用激光散射测量装置在典型海情下近距离海面获取了激光后向散射数据;采用网格化分割海面,根据Pierson-Moscowitz谱构建了三维时变海面几何模型,利用Torrance-Sparrow模型模拟分析海面的近距离激光后向散射特性.测量和仿真数据表明:实测与仿真结果一致,海面的激光散射受海面几何波形调制;其强度随擦地角增大而增大;由于海面的随机起伏,海面散射极大值存在较大范围波动,并且波动随擦地角减小而增大.     

采用脉冲激光探测模拟的舰船气泡尾流

分析了基于后向散射的脉冲激光舰船气泡尾流探测方法,设计并研制了基于该探测方法的实验装置,并在大型水池中对模拟的气泡尾流进行了探测,实验结果表明,该实验装置可以较好地探测到模拟的舰船气泡尾流.