[發明專利]一種快速獲取雜光來源和雜光系數的仿真建模方法

有效

• 申請號: 202011464567.6
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112485901B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李艷杰;鐘興;楊成龍
• 申請（專利權）人: 長光衛星技術股份有限公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G06F30/20
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 張偉

本發明涉及一種快速獲取雜光來源和雜光系數的仿真建模方法，包括步驟：在光線追跡軟件中建立空間遙感相機模型；設置相機結構的表面屬性；在光線追跡軟件中建立光源、接收器一和接收器二，光源設置在相機焦面上的待分析視場位置，接收器一設置在物方相應視場位置，接收器二設置在相機的入口外；基于蒙特卡羅光線追跡采樣法進行逆向追跡，分別得到接收器一和接收器二上的照度數據；根據照度數據和預設關系確定雜光系數；對雜光的路徑進行分析后得到雜光路徑。在相機結構散射模型設置正確的情況下，利用本發明的方法在消雜光結構設計階段可獲得定量的效果數據，便于比較分析不同結構的消雜光效果，避免光學遙感系統較強雜光的出現。

技術領域

本發明涉及空間遙感技術領域，特別是涉及一種快速獲取雜光來源和雜光系數的仿真建模方法。

背景技術

在對地遙感成像領域，雜散光會對成像帶來較大影響，相機實際在軌成像調制傳遞函數(Modulation Transfer Function，MTF)會比地面實測值和預估值低，降低圖像的清晰度，特別是多探測器拼接時，雜光的存在會導致片間色差的難以校正等問題。在近年發展迅速的夜光遙感和空間目標監測等暗弱目標探測領域，雜光的影響更是嚴重，會極大降低圖像信噪比甚至湮滅信號。因此雜散光的消除和消雜光效果的評估至關重要。

雜光系數是評價遙感成像系統消雜光效果的重要指標，但是傳統上遙感成像系統的雜光系數在設計階段難以定量評價，只能在相機研制完成后通過黑斑法測試得到。現有的設計階段仿真得到雜光系數的方法主要有兩種：一種是通過輻射傳熱理論得到黑斑法雜光系數和點源透射比(Point Source Transmittance，PST)間的函數關系，通過多個方向PST的仿真結果插值積分間接得到雜光系數，這種方法因為PST仿真分析中視場方向數量有限，雜光系數只能得到近似值，復雜且不夠準確；另一種是公開號為CN108535862A的發明專利——一種計算空間遙感相機黑斑法雜光系數的仿真建模方法，該方法是模擬黑斑法測試光路通過正向追跡仿真成像光路中散射光線到達像面探測器的照度與非成像光路中光線到達像面探測器的照度之和與成像光路中反射光線到達像面探測器的照度的比值得到雜光系數，該方法需要評估不同路徑的雜光占比——反射光能量、散射光能量和非成像光能量等，因此只適用于反射式光學系統，對折射式或者折反射式光學系統因無法準確分離出相應類別的光線而適應性不足，此外使用該方法不能快速找出雜光來源。

雜光消除多是根據理論分析和經驗設置雜光阻斷結構，而遙感相機內的雜光路徑復雜，憑借理論設計的消雜光結構難免有不足之處，需要進行仿真分析。現階段不同視場的PST追跡仿真是獲取雜光路徑的主要方法，通過PST隨角度變化的曲線形狀獲取像面能量異常的視場點——可能存在雜光的入射角度，此方法分析的準確度和視場的數量成正比，因為對每一個視場的分析均需要執行一次光線追跡，因此該方法耗時較長且易有遺漏。

發明內容

因此，針對傳統仿真分析方法存在的諸多缺點，本發明提供了一種快速獲取雜光來源和雜光系數的仿真建模方法，可以在設計階段定量預估任意視場的雜光系數，且可快速找出主要雜光來源。不僅適用于反射光學系統，對其他折反射光學系統、折射式光學系統均適用。

為解決上述問題，本發明采取如下的技術方案：

一種快速獲取雜光來源和雜光系數的仿真建模方法，包括以下步驟：

步驟一：在光線追跡軟件中建立空間遙感相機模型，所述空間遙感相機模型的工作距離接近無窮遠；

步驟二：根據表面材料特性和光線的入射角度設置所述空間遙感相機模型的相機結構的表面屬性；

步驟三：在所述光線追跡軟件中建立光源、接收器一和接收器二，所述光源設置在空間遙感相機焦面上的待分析視場位置，所述接收器一設置在物方相應視場位置，所述接收器二設置在空間遙感相機的入口外；

所述接收器一的位置設置在近無窮遠處，所述接收器一的直徑為：