Анализ процесса формирования изображений через атмосферу в УФ- и видимом диапазонах длин волн

• Автор: Тарасенков, Михаил Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Содержание.
Введение

Глава 1. Модель формирования изображений в рассеивающих и

поглощающих средах

1.1 Проблема расчета изображения неоднородной поверхности

1.2 Уравнение переноса излучения и методы его решения

1.2.1 Краевая задача переноса излучения

1.2.2 Методы решения уравнения переноса излучения

1.2.3 Метод Монте-Карло

1.2.3.1 Общая схема методов Монте-Карло в атмосферной оптике

1.2.3.2 Оценки функционалов. Прямые и сопряженные схемы решения уравнения переноса излучения методом статистических испытаний
1.2.3.3 Весовые алгоритмы метода Монте-Карло
1.2.3.4 Практические приложения метода Монте-Карло в атмосферной
оптике. Достоинства и недостатки
1.2.4 Обоснование выбора метода Монте-Карло для решения задачи
1.3 Оптическая модель атмосферы в УФ диапазоне
1.3.1 Молекулярное поглощение
1.3.2 Люминесценция (фотолюминесценция)
1.3.3 Фотохимические реакции
1.3.4 Процессы рассеяния
1.3.4.1 Молекулярное (релеевское) рассеяние
1.3.4.2 Аэрозольное рассеяние
1.3.4.3 Неупругое (рамановское, комбинационное) рассеяние
1.4 Генератор оптической модели атмосферы 56 Глава 2. Статистическое моделирование процесса формирования
изображений в видимом и УФ диапазоне длин волн
2.1 Солнечная дымка
2.1.1 Практическая реализация алгоритма
2.1.2 Тестирование алгоритма расчета солнечной дымки
2.2 Освещенность Земли и объекта Солнцем
2.2.1 Практическая реализация алгоритма
2.2.2 Тестирование алгоритма расчета освещенности
2.3 Вклад переотраженного излучения в освещенность Земли Солнцем
2.3.1 Однородный случай. Общие замечания
2.3.2 Алгоритм статистического моделирования вклада однократно переотраженного излучения в освещенность в случае однородной поверхности
2.3.3 Неоднородный случай. Общие замечания
2.3.4 Алгоритм статистического моделирования ФРТ для оценки вклада переотражения в освещенность
2.3.5 Тестирование алгоритма расчета ФРТ канала формирования дополнительной освещенности переотражением в системе атмосфера - земная поверхность
2.4 Поверхностная дымка (боковой подсвет). Однородный и неоднородный случай
2.4.1 Моделирование поверхностной дымки при однородной поверхности.
Общие замечания
2.4.2 Алгоритм статистического моделирования интенсивности
поверхностной дымки. Однородный случай
2.4.3 Тестирование алгоритма
2.4.4 Интенсивность поверхностной дымки неоднородный случай.
Общие замечания
2.4.5 Алгоритм статистического моделирования ФРТ канала формирования бокового подсвета
2.4.6 Критерий выделения изопланарных зон
2.4.7 Тестирование алгоритма расчета ФРТ канала формирования
бокового подсвета
2.5 Освещенность объекта земной поверхностью
Выводы к главе 2
Глава 3 Основные закономерности процесса формирования изображении
в УФ диапазоне длин волн
3.1 Наблюдение земной поверхности
3.1.1 Исследование зависимости интенсивности солнечной дымки от оптико-геометрических параметров. Апнроксимационная формула
3.1.2 Освещенность Земли Солнцем: зависимость от
оптико-геометрических параметров
3.1.3 Анализ закономерностей формирования дополнительной освещенности
земной поверхности переотраженным излучением
3.1.4 Исследование ФРТ канала формирования бокового подсвета.
Пример расчета
3.1.4.1 Анализ закономерностей изменения границ изопланарных зон

3.1.4.2 Анализ ФРТ канала формирования бокового подсвета
3.1.4.3 Примеры расчета интенсивности поверхностной дымки для неоднородной поверхности 13
3.1.5 Примеры полного восстановления изображения неоднородной поверхности
3.1.6 Пример параллельных вычислений
3.2 Наблюдение объекта в атмосфере (УФ диапазон)
3.2.1 Анализ условий наблюдения в диапазоне длин волн 0.2-0.3 мкм
3.2.2 Математическое моделирование измерений контраста объекта на фоне неба
Выводы к главе 3
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А
Приложение В
Приложение С
Приложение D
Приложение £
Приложение F

g, = — Jg (cos y) cos yd (cos у) (1.2.46)

где Л — вероятность выживания кванта или альбедо однократного рассеяния, gi - средний косинус индикатрисы рассеяния.
Поясним основные идеи, применяемые в алгоритмах на основе малоуглового приближения, в следующем частном случае. Предположим, что излучение падает на верхнюю границу атмосферы в вертикальном направлении. Рассмотрим классическое уравнение переноса излучения:
1 2 к
(й,У/) + с7,(г)/(?,й) = сгД2) J ^l(r,d)')g(r,cosy)d^'d(p' (1.2.47)

(ffl,V/) = (H“ + -v/l-/u2 со5(р— + ^-/лг sin<р— (1.2.48)
v ' Sz дх ду
Так как в рамках малоуглового приближения считается, что интенсивность имеет заметное значение лишь вблизи направления на источник излучения, то в данном частном случае можно приближенно считать, что ц dl/dz « 51/dz. Кроме того, в рамках этого приближения считается, что индикатриса рассеяния сильно вытянута в направлении вперед, определяется в узком интервале углов и задается аппроксимационными формулами. Например, в [3] используется следующее разложение индикатрисы рассеяния:
U л 1т^— g(cosy),0 g(cosy) = ll-a , (1.2.49)
|0,у>7о
где g - индикатриса рассеяния, g' - “новая” индикатриса рассеяния, у - угол рассеяния,
у0 - предельный угол, вне которого считается, что рассеяние пренебрежимо мало, а -
константа, выбираемая так, чтобы новая индикатриса сохраняла свою нормировку.
Чтобы приближенно учесть потери света “на уход из малоугловой зоны” согласно [3] нужно ввести эффективные оптические характеристики среды:
(1.2.50)