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湍流图像退化中的模糊与畸变

光子学报 2024年第8期53卷 29-38页

作者：李尚蔚任益充李昕淼梅海平陶志炜刘世韦饶瑞中中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室合肥230031 合肥工业大学物理学院合肥230009 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026

基于光线传播以及相位叠加原理,构建了湍流图像退化模型,获得了湍流下目标对应的点扩散函数,并通过调制传递函数面积以及等晕角验证了仿真模型。同时,通过平均相关系数定义了像方近似不变区域,像方近似不变区域有助于对点扩散函数变化... 详细信息

基于光线传播以及相位叠加原理,构建了湍流图像退化模型,获得了湍流下目标对应的点扩散函数,并通过调制传递函数面积以及等晕角验证了仿真模型。同时,通过平均相关系数定义了像方近似不变区域,像方近似不变区域有助于对点扩散函数变化程度的理解。通过光线在湍流中的传播过程,猜测图像退化的模糊与畸变的程度和湍流的分布有关。为验证以上猜测,设置了两种极端情况下的湍流分布情形进行仿真实验,并通过调制传递函数面积以及像方近似不变区域对仿真结果进行分析。结果表明在同等湍流强度情况下,靠近镜头端的湍流会对图像造成更多的模糊效应,靠近物体端的湍流会对图像造成更多的畸变效应。基于此,解释了在湍流图像退化模型中采用先畸变后模糊是更为合理的操作,并建议湍流复原算法应根据退化结果中的模糊与畸变的程度采取相应的复原措施。

关键词：湍流图像退化图像模糊图像畸变调制传递函数面积平均相关系数

高斯光束湍流大气传输远场扩展半径快速计算方法研究

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红外与激光工程 2024年第9期53卷 284-293页

作者：崔询陈小威钱仙妹朱文越武鹏飞闵令云饶瑞中中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073

高斯光束湍流大气传输的远场有效半径是工程中较为关注的远场光斑特征,文中研究其快速计算方法。基于多场景下高斯光束湍流大气传输波动光学仿真数据,建立了定标规律模型和3种人工智能模型LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)、M... 详细信息

高斯光束湍流大气传输的远场有效半径是工程中较为关注的远场光斑特征,文中研究其快速计算方法。基于多场景下高斯光束湍流大气传输波动光学仿真数据,建立了定标规律模型和3种人工智能模型LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)、MLP(Multilayer Perceptron)、MFTT(Modified Feature Tokenizer Transformer),比较了不同模型的精度、泛化能力、样本量的影响和计算速度。结果表明:4种模型的精度受训练集样本量的影响,小样本量下定标规律模型精度最高,大样本量下MFTT模型精度最高;数据分为70%的训练集和30%的测试集时,MFTT在测试集上的平均相对偏差为1.36%;MFTT泛化能力最强,定标规律模型计算速度最快。希望为激光大气传输评估快速计算方法的选择和应用提供参考。

关键词：大气传输人工智能定标规律精度

湍流大气中准直激光束的光斑特征Ⅰ.特征半径

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中国激光 2002年第10期29卷 889-894页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室安徽合肥230031

利用数值方法研究了不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的光斑特征 ,结果表明 ,光斑稳定半径(Rrbt)和等效半径 (Reff)具有很好的相关性 ,虽然Rrbt 可应用于更一般的光斑 ,但它们都不适合衡量光斑质量 ;而锐度半径 (Rshp)可以恰... 详细信息

利用数值方法研究了不同光传播起伏条件下湍流大气中准直激光束的光斑特征 ,结果表明 ,光斑稳定半径(Rrbt)和等效半径 (Reff)具有很好的相关性 ,虽然Rrbt 可应用于更一般的光斑 ,但它们都不适合衡量光斑质量 ;而锐度半径 (Rshp)可以恰当地反映光斑质量。对于准直激光束 ,在极弱起伏条件下 ,约有一半的光斑其质量变好或变差 ,但变化幅度很小 ;随起伏条件的加强 ,越来越多的光斑质量变差 ,但仍有一部分光斑质量变好。

关键词：准直激光束光斑特征特征半径光传播大气湍流

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湍流路径积分参量与湍流大气中光的传播效应

光学学报 1997年第1期17卷 79-85页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所

根据光波在湍流大气中传播的理论分析了弱起伏条件下决定光波传播效应的折射率结构常数Ｃ２ｎ的各种路径积分参量之间的关系，导出了由光波的强度起伏所确定的等效折射率结构常数对计算大气相干长度与光波的到达角起伏、光束的扩展及漂... 详细信息

根据光波在湍流大气中传播的理论分析了弱起伏条件下决定光波传播效应的折射率结构常数Ｃ２ｎ的各种路径积分参量之间的关系，导出了由光波的强度起伏所确定的等效折射率结构常数对计算大气相干长度与光波的到达角起伏、光束的扩展及漂移的相对偏差的表达式。针对折射率结构常数Ｃ２ｎ具有周期性、递减、递增和随机分布的典型湍流路径，详细分析了各相对偏差的特征。对周期性湍流路径，各相对偏差的绝对值随Ｃ２ｎ路径起伏振幅的增大而增大；随Ｃ２ｎ路径变化频率的增大作阻尼振荡并迅速趋于零。对应于递减和递增路径，存在着相当大的相对偏差。对应于随机路径，各相对偏差的时间序列呈现出强烈的随机特征，它们的时间序列统计均方根值随路径上独立变化的湍流区间数的增大而迅速减小。

关键词：光传播大气湍流随机介质大气光学

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大气中的视觉和大气能见度

光学学报 2010年第9期30卷 2486-2492页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

表征大气对视觉影响的物理量是大气能见度,该物理量的具体定义在各种应用领域和研究文献中是比较混乱的。在气象领域,水平大气能见度已成为常规观测量。航空应用领域常常涉及到的斜程大气视线路径的能见度问题一直没有统一的标准。以物... 详细信息

表征大气对视觉影响的物理量是大气能见度,该物理量的具体定义在各种应用领域和研究文献中是比较混乱的。在气象领域,水平大气能见度已成为常规观测量。航空应用领域常常涉及到的斜程大气视线路径的能见度问题一直没有统一的标准。以物体与背景亮度的对比度为研究对象,详细探讨了大气中的视觉问题,澄清了水平能见度的概念,从辐射传输方程出发研究了斜程大气能见度问题,给出了典型大气条件下斜程大气能见度的基本特征,特别比较了向上和向下观察时能见度的区别。

关键词：大气光学大气能见度视觉辐射传输斜程能见度

Equivalence of MTF of a turbid medium and radiative transfer field

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Chinese Optics Letters 2012年第2期10卷 1-3页

作者：饶瑞中 Key Laboratory for Atmospheric Composition and Optical Radiation Anhui Institute of Optics and Fine MechanicsChinese Academy of Sciences

The equivalence of the modulation transfer function （MTF） of a turbid medium and the transmitted radiance from the medium under isotropic diffuse illumination is demonstrated. MTF of a turbid medium can be fully evaluated by numerically solving a radiative transfer problem in a plane parallel medium. MTF for a homogenous single layer turbid medium is investigated as illustration. General features of the MTF in the low and high spatial frequency domains are provided through their dependence on optical thickness, single scattering albedo, asymmetrical factor, and phase function type.

关键词： Radiative transfer

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随机取向椭球粒子的吸收特性

强激光与粒子束 1998年第3期10卷 371-374页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特... 详细信息

用Ｔ矩阵方法计算了折射率虚部的范围在０．００１至０．１的几种椭球粒子随机取向时在几种等效尺度参数下的光散射与吸收特性，并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较。分析结果表明：椭球粒子的吸收特性与等效的球形粒子的吸收特性存在着差别，这种差别随粒子的形状、尺度和折射率而改变，考虑到目前气溶胶粒子复折射率虚部的测量精度，以等效的球体粒子处理非球形粒子的吸收不会带来显著的误差。

关键词：光散射非球形粒子吸收特性气溶胶大气光学

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作用于水云粒子的太阳辐射压力

光学学报 2013年第1期33卷 12-16页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

根据球形粒子的Mie散射理论和平行平面大气中的辐射传输理论分析了作用于水云粒子的太阳辐射压力。结果表明,一般情况下当云滴半径不大于10μm时,太阳辐射压力可达云滴重力的百分之几;云滴半径在0.3μm附近时,太阳辐射压力达到极大值,... 详细信息

根据球形粒子的Mie散射理论和平行平面大气中的辐射传输理论分析了作用于水云粒子的太阳辐射压力。结果表明,一般情况下当云滴半径不大于10μm时,太阳辐射压力可达云滴重力的百分之几;云滴半径在0.3μm附近时,太阳辐射压力达到极大值,约为云滴重力的百分之几十。因此在云物理研究中应考虑作用于云粒子的太阳辐射压力。

关键词：大气光学太阳辐射辐射压力光散射辐射传输云物理

湍流大气中的准直激光束:分形结构与相位不连续点

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强激光与粒子束 2002年第4期14卷 501-504页

作者：饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学研究室安徽合肥230031

利用数值方法研究了不同起伏条件下准直激光束在湍流大气中的传播 ,分析了光斑的分形维数以及相位不连续点数目的统计特征。结果表明 :随着起伏条件的增大 ,光斑的分形维数以及相位不连续点数目增大 ;光斑的分形维数与锐度 (描述光斑质... 详细信息

利用数值方法研究了不同起伏条件下准直激光束在湍流大气中的传播 ,分析了光斑的分形维数以及相位不连续点数目的统计特征。结果表明 :随着起伏条件的增大 ,光斑的分形维数以及相位不连续点数目增大 ;光斑的分形维数与锐度 (描述光斑质量的参量 )有一定的关系 ,但相位不连续点数目与光斑质量不存在确定的关系。在特定的计算条件下 ,分形维数一直随起伏条件的增大而增大 ,没有出现类似于闪烁饱和的现象。在一定的起伏条件下 ,相位不连续点数目具有一定的统计分布 ,而不是一个确定的值 ,并且具有相当的发散性。

关键词：湍流大气准直激光束分形结构相位不连续点光斑质量光传播数值模拟