全球卫星导航反射信号遥感的镜面反射点快速估算

近年来,利用全球卫星导航反射信号(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)进行遥感应用已经成为遥感领域的新技术。镜面反射点是星载GNSS-R遥感测量和建模的主要参考点,其估算的精度和速度对GNSS-R遥感有着显著影响。提出了星载GNSS-R接收机测量中GNSS-R镜面反射点的快速估算方法。首先,总结了镜面反射点的几何特征。根据几何特征,进行了镜面反射点的粗估算。然后,提出了基于角平分线变步长校正精确估算镜面反射点的位置,并通过迭代实现了镜面反射点的精确定位。最后,通过仿真实验验证了所提算法具有较好的准确性和快速性。     

自然光图像反射分量分离

针对传统方法不能直接去除自然光图像高光的问题,提出了一种基于多通道梯度一致性的反射分量分离方法.首先依据多通道梯度一致性检测同质高光像素、并构建反射分量分离张量.然后用反射分量分离张量对图像梯度进行变换,将其分解为镜面反射分量梯度和漫反射分量梯度.最后从漫反射分量梯度重构出估计的漫反射分量.实验结果表明该算法可直接去除自然光图像高光而不需预先估计光源色度,简化了自然光图像反射分量分离过程,并能更准确地去除归一化图像的高光.     

GNSS-R遥感的镜面反射点快速估算

近年来,利用全球卫星导航反射信号(Global Navigation Satellite System Reflectometry, GNSS-R)进行遥感应用已经成为遥感领域的新技术。镜面反射点是星载GNSS-R遥感测量和建模的主要参考点,其估算的精度和速度对GNSS-R遥感有着显著影响。本文提出了星载GNSS-R接收机测量中GNSS-R镜面反射点的快速估算方法。首先,本文总结了镜面反射点的几何特征。根据几何特征,进行了镜面反射点的粗估算。然后,提出了基于角平分线变步长校正精确估算镜面反射点的位置,并通过迭代实现了镜面反射点的精确定位。 最后,通过仿真实验验证了本文所提算法具有较好的准确性和快速性。     

圆轨道锥束重建中Radon空间数据缺失

实际工程中广泛采用的圆轨道锥束CT重建算法(FDK类算法)中,只有在小锥角(<±5°)的条件下才能较好地重建。为了克服这一缺点,增大圆轨道可重建的锥角范围,推导了圆轨道锥束重建中R adon空间数据缺失与锥角的关系,并基于这一关系提出了基于不同半径的两个同心圆轨道的“改进型误差减小”(im proved error reduction-based,IERB)算法,利用估算的重建误差改善重建结果。数值仿真实验结果表明,IERB算法在锥角≤±10°时都能获得相当好的重建结果,在锥角更大时也可适用于一定的区域。该算法不适用于数据缺失过多的区域。     

基于二分算法的全球导航卫星反射信号数值分析研究

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

粗糙表面反射辐射偏振特性研究

为分析和研究粗糙表面反射辐射偏振特性及在目标表面二维空间的分布状况,基于偏振双向反射分布函数模型,推导出了粗糙表面反射辐射偏振度的一般表达式.针对不同材料涂层表面,综合考虑了表面漫反射和镜面反射,对偏振度进行了计算,分析了不同材料折射率及粗糙度下偏振度的分布.计算结果与实际测量数据基本吻合,为实际测量提供一定的理论指导.     

光子晶体全角度反射器件的研究

在总结金属反射镜及多层介质反射镜的优缺点的基础上研究一维光子晶体全角度反射器件．分析了反射带中心波长、边缘波长及带宽对全角度反射器件性能的影响,并对如何避免Brewster角做了定量分析．按照一维光子晶体的设计思想,利用MgF2/ZnS2种材料的λ／4光学膜系来实现在特定波长范围内的全角度反射,达到了设计要求．     

基于进退法的全球导航卫星系统反射信号镜面反射点的估计算法

通过研究全球导航卫星系统反射信号（GNSS-R）几何关系及其镜面反射点算法,确定镜面反射点问题为一维单峰凸函数极值搜索问题后,本文提出基于进退法的镜面反射点估计算法,并论述了进退法在镜面反射点位置估计中的理论可行性。为了验证进退法的正确性,利用MATLAB仿真软件对进退法与传统算法进行了仿真结果分析。实验仿真结果表明：进退法可以正确估计GNSS-R镜面反射点的位置信息,并且具有迭代次数少,运算速度快,算法效率高的特点。     

空化流动下液压锥阀所受推力的数值计算

为寻求一种较准确的方法来计算油空化流动下液压锥阀所受的推力,通过对Fluent软件中壁面函数、空化流动模型及模型参数的分析、选择和调整,经数值计算并与实验数据的对比结果表明:采用可缩比例壁面函数和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,在空泡半径为1μm,蒸发和凝结校正系数分别为0.4和0.000 1时,空化流动下锥阀所受推力的数值计算结果与实验结果吻合良好.并用所述模型研究了锥阀锥角及阀座倒角长度对锥阀阀口空化的影响.结果表明:阀芯锥角越小,阀座倒角长度越小,阀口空化强度越弱.     

双锥流量传感器的数值模拟与优化设计

以数值仿真和实验两方面研究了一种新型的双锥流量传感器,考察了该传感器的关键几何参数即前锥角、后锥角、等效直径比及槽道长度对流出系数、线性度及相对压力损失等性能指标的影响,并预测得到了1个最优模型进行实流实验标定.采用正交实验法进行CFD数值模拟.分析结果表明:前锥角对双锥流量传感器相对压力损失、流出系数及流出系数线性度有重要的影响;后锥角则对相对压力损失有重要影响.最终实流实验验证结果与仿真计算结果具有良好的吻合度.     

一种不受高光和阴影约束的形状恢复算法

针对高光和阴影同时存在时，用传统的4光源光度立体法进行三维形状恢复存在较大误差这一问题，提出一种4光源法向量选取算法．通过将不同像素恢复的法向量与镜面反射方向进行比较，并选取与之最接近的法向量为所求法向量进行形状恢复，避免了传统算法中用阈值剔除高光和阴影造成的误差，去除了高光和阴影对算法的约束，扩大了算法的适用范围，在高光和阴影未知的情况下，可以更加稳定地恢复出物体形状，而且大大提高了恢复的精度．仿真表明，该算法可以恢复不同颜色和材质的物体形状，与传统算法相比，在最坏的输入情况下，高度相对误差从40％～50％下降到5％左右．     

Shape recovery using high dynamic range images

An effective method for object shape recovery using HDRIs (high dynamic range images) is proposed. The radiance values of each point on the reference sphere and target object are firstly calculated, thus the set of candidate normals of each target point are found by comparing its radiance to that of each reference sphere point. In single-image shape recovery, a smoothness operation is applied to the target normals to obtain a stable and reasonable result; while in photometric stereo, radiance vectors of reference and target objects formed due to illuminations under different light source directions are directly compared to get the most suitable target normals. Finally, the height values can be recovered from the resulting normal field. Because diffuse and specular reflection are handled in an unified framework with radiance, our approach eliminates the limitation presented in most recovery strategies, i.e., only Lambertian model can be used. The experiment results from the real and synthesized images show the performance of our approach.     

抛物面型辐射制冷器的辐射热交换系数计算

根据辐射传热原理和光学反射定律 ,介绍了用蒙特卡罗方法数值模拟由漫发射面和镜反射面组成的封闭腔中的辐射换热的一般原理和过程 ,并且利用蒙特卡罗方法求解了具有较复杂几何关系及表面特性的抛物面型空间辐射制冷器二级冷块对抛物面开口的辐射交换系数和一级冷块对屏口的辐射交换系数。对结果的分析表明 ,该方法计算精度高     

基于L0矩阵范数正则化的自然图像去反光算法

去除图像的反光是计算机视觉和计算机图形学的一个基础研究问题。虽然各种方法已经提出,但由于存在丰富的纹理、复杂的背景、遮挡和颜色照明等,去反光的效果并不佳,有待进一步完善。本文针对自然图像的两个观察结果：(1)高光通常是小尺寸和稀疏分布的;(2)剩余的漫反射图像可以用少量基色与稀疏和低秩加权矩阵的线性组合表示,提出一种基于L0范数正则化图像去反光算法。通过L0范数正则化保证编码系数的稀疏性以及核范数保证编码系数的低秩性来恢复那些高光区域的漫反射分量。此外,根据加色混合理论和光照定义,编码系数和高光也分别受到非负性影响。通过对比相关的图像反光去除算法,实验说明了所提出的算法具有较好的优势。     

单站散射测量各向介质特征参数的正问题

讨论了单站散射测量一般各向异性介质特征参数的正问题. 以接金属衬底的一般各向异性介质为例, 导出一般各向异性电磁材料复介电常数张量与其反射系数的关系式, 即对单站散射法测量的正问题进行理论分析, 然后用计算机进行模拟实验得到理想状态下的数据结果.最后提出实验测试系统设计和反演方法.     

利用亮度特性的形象复原

提示了从明暗图像中复原三维信息的新方法.Photometric Stereo Method(PSM)一般以直接照明为前提.在研究中采取PSM间接扩散照明,适用了漫反射成分和全反射成分所构成的混性反射模型.在混性反射模型和间接扩散照明的条件下,物体面的亮度分布比率与表面法线向量的关系中导出了反射函数.接着把得出的反射函数带入到输入在相机的物体像素亮度,从而得到发现向量.利用这个发现向量可以复原物体的三维形象.物体的三维形象复原是通过物体表面粗糙,表面反射率,还有物体像素亮度而得出的表面法线向量来求出的.因为所提示的研究采用了亮度参照表,形象复原的速度既快又准确.反射函数被广泛定义,对具有多种形态表面特性的物体适用可行.     

黑体空腔发射率计算的蒙特卡罗模型

在均匀镜－漫反射假设的基础上，给出了利用蒙特卡罗方法计算黑体空腔有效发射率的数学模型。该模型首先使用光束跟踪方法求得等温空腔有效发射率，然后逆向跟踪各反射光束，考虑了空腔不等温性和环境辐射对空腔有效发射率的修正。利用该模型对中国计量科学研究院的低温黑体实际空腔进行了计算研究，结果表明：镜反射成分的影响取决于空腔形状和壁材表面光学性质；环境辐射总是增加空腔的有效发射率，腔口附近壁温分布对空腔法向有效发射率影响不大。     

基于T矩阵法的水下任意刚硬体声散射场计算

针对水下任意形状刚硬体,建立了其声散射T矩阵法计算模型.利用物体的几何对称性,提出了简化计算Q矩阵的方法.以刚硬回旋椭球体为例,分别计算了在不同入射角下的反向散射和收发分置的形态函数,并讨论了刚硬体的镜反射波和绕行波的干涉物理模型.数值仿真结果表明T矩阵法是一种很简便实用的计算水下物体远场散射的方法,该方法可以广泛用于水下任意形状刚硬体的声散射场计算.     

Perception of shape from shading

The human visual system can rapidly and accurately derive the three-dimensional orientation of surfaces by using variations in image intensity alone. This ability to perceive shape from shading is one of the most important yet poorly understood aspects of human vision. Here we present several findings which may help reveal computational mechanisms underlying this ability. First, we find that perception of shape from shading is a global operation which assumes that there is only one light source illuminating the entire visual image. This implies that if two identical objects are viewed simultaneously and illuminated from different angles, then we would be able to perceive three-dimensional shape accurately in only one of them at a time. Second, three-dimensional shapes that are defined exclusively by shading can provide tokens for the perception of apparent motion, suggesting that the motion mechanism is remarkably versatile in the kinds of inputs it can use. Lastly, the occluding edges which delineate an object from its background can also powerfully influence the perception of three-dimensional shape from shading.