[發(fā)明專利]一種局部照射下目標(biāo)激光散射特性的簡便計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611068996.5
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN106770045B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王茜蒨;趙婧;彭中
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種局部照射下目標(biāo)激光散射特性的簡便計(jì)算方法，其特征是該方法包括如下步驟：

(1)獲取目標(biāo)表面材質(zhì)的雙向反射分布函數(shù)

計(jì)算目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面，首先要知道目標(biāo)表面材質(zhì)的雙向反射分布函數(shù)，對于理想漫反射目標(biāo)而言，雙向反射分布函數(shù)為常數(shù)，等于ρ/π，其中，ρ為半球反射率；對于非理想漫反射目標(biāo)，采用比較測量法，即利用已知半球反射率的標(biāo)準(zhǔn)板作為參考與目標(biāo)表面材料樣片進(jìn)行比較測量，獲得目標(biāo)表面材質(zhì)的雙向反射分布函數(shù)；

(2)建立復(fù)雜目標(biāo)的幾何模型

根據(jù)復(fù)雜目標(biāo)的幾何特征參數(shù)，利用3D建模軟件，建立復(fù)雜目標(biāo)幾何模型，建模軟件將目標(biāo)模型網(wǎng)格化，分成若干面元，在Windows環(huán)境下，利用VS2010讀取目標(biāo)幾何模型文件，調(diào)用OpenGL圖形庫的函數(shù)進(jìn)行目標(biāo)圖像處理；

(3)根據(jù)激光光斑照射尺寸與照射位置設(shè)置視景體參數(shù)

通過調(diào)用OpenGL圖形庫中平行投影函數(shù)來設(shè)置視景體參數(shù)，以達(dá)到模擬不同尺寸激光光斑照射目標(biāo)的目的，調(diào)用平行投影函數(shù)void glOrtho(GLdouble left，GLdouble right，GLdouble bottom，GLdouble top，GLdouble near，GLdouble far)創(chuàng)建一個(gè)正交平行視景體，視景體以外的物體不會(huì)被繪制到屏幕顯示窗口上，平行投影函數(shù)的變量(left，right，bottom，top，near，far)中，left和right為視景體左右邊界在OpenGL二維屏幕坐標(biāo)系x軸上對應(yīng)的坐標(biāo)值，bottom和top為視景體下上邊界在OpenGL二維屏幕坐標(biāo)系y軸上對應(yīng)的坐標(biāo)值，near和far為視景體前后邊界在垂直于OpenGL二維屏幕向外的z軸上對應(yīng)的坐標(biāo)值，OpenGL屏幕顯示窗口實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)幾何模型坐標(biāo)系原點(diǎn)與OpenGL二維屏幕坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，根據(jù)激光照射光斑大小，設(shè)置視景體參數(shù)，令視景體的寬度和高度都等于激光光斑直徑，沿z軸的深度應(yīng)大于等于目標(biāo)長、寬、高中的最大尺寸，確保目標(biāo)旋轉(zhuǎn)后，目標(biāo)顯示正常，視景體的中心即為照射激光光斑的中心，當(dāng)視景體的中心與屏幕坐標(biāo)系原點(diǎn)重合時(shí)，模擬激光光斑照射目標(biāo)中心的情況，當(dāng)視景體的中心與屏幕坐標(biāo)系原點(diǎn)不重合時(shí)，模擬激光光斑傾斜照射目標(biāo)的情況；

(4)進(jìn)行目標(biāo)渲染及消隱處理

設(shè)置視景體參數(shù)后，使用Phong漫反射光照模型進(jìn)行目標(biāo)渲染，然后去除顯示窗口內(nèi)的目標(biāo)隱藏面元，完成目標(biāo)消隱處理；

(5)計(jì)算目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面

步驟(3)中創(chuàng)建的視景體，其內(nèi)切圓對應(yīng)模擬激光光斑，因此，計(jì)算目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面時(shí)，需判斷屏幕顯示窗口內(nèi)的目標(biāo)面元與視景體內(nèi)切圓的位置關(guān)系，將視景體內(nèi)切圓上以及圓內(nèi)的各個(gè)目標(biāo)面元單位面積激光雷達(dá)散射截面值與該面元面積的乘積疊加，即可計(jì)算目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面σ

其中：σ_m為第m個(gè)目標(biāo)面元激光雷達(dá)散射截面；σ⁰_m為第m個(gè)目標(biāo)面元單位面積激光雷達(dá)散射截面；s_m為第m個(gè)目標(biāo)面元的面積；f_r為目標(biāo)表面材質(zhì)的雙向反射分布函數(shù)；θ_im為第m個(gè)目標(biāo)面元法線與激光入射方向之間的夾角；θ_sm為第m個(gè)目標(biāo)面元法線與探測器接收光軸之間的夾角；s′_m為第m個(gè)目標(biāo)面元在屏幕顯示窗口上的投影面積；

上式中，目標(biāo)表面材質(zhì)的雙向反射分布函數(shù)f_r由步驟(1)獲?。皇褂貌襟E(4)的Phong漫反射光照模型渲染后，每個(gè)目標(biāo)面元顏色值即為入射光線與該面元表面法矢之間夾角的余弦；因此，cosθ_im可直接從顏色緩存中獲取；由屏幕顯示窗口對應(yīng)的物理尺寸，即可計(jì)算s′_m所對應(yīng)的物理尺寸，將f_r、cosθ_im、s′_m代入目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面計(jì)算公式中，可獲得目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部照射下目標(biāo)激光散射特性的簡便計(jì)算方法，其特征在于：所述的視景體可根據(jù)激光光斑照射尺寸與照射位置，設(shè)置視景體參數(shù)，視景體內(nèi)切圓對應(yīng)模擬激光光斑，計(jì)算視景體內(nèi)切圓上及圓內(nèi)各目標(biāo)面元的激光雷達(dá)散射截面，疊加得到目標(biāo)激光雷達(dá)散射截面。