[发明专利]一种快速获取杂光来源和杂光系数的仿真建模方法

说明书

本发明涉及一种快速获取杂光来源和杂光系数的仿真建模方法，包括步骤：在光线追迹软件中建立空间遥感相机模型；设置相机结构的表面属性；在光线追迹软件中建立光源、接收器一和接收器二，光源设置在相机焦面上的待分析视场位置，接收器一设置在物方相应视场位置，接收器二设置在相机的入口外；基于蒙特卡罗光线追迹采样法进行逆向追迹，分别得到接收器一和接收器二上的照度数据；根据照度数据和预设关系确定杂光系数；对杂光的路径进行分析后得到杂光路径。在相机结构散射模型设置正确的情况下，利用本发明的方法在消杂光结构设计阶段可获得定量的效果数据，便于比较分析不同结构的消杂光效果，避免光学遥感系统较强杂光的出现。

技术领域

本发明涉及空间遥感技术领域，特别是涉及一种快速获取杂光来源和杂光系数的仿真建模方法。

背景技术

在对地遥感成像领域，杂散光会对成像带来较大影响，相机实际在轨成像调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)会比地面实测值和预估值低，降低图像的清晰度，特别是多探测器拼接时，杂光的存在会导致片间色差的难以校正等问题。在近年发展迅速的夜光遥感和空间目标监测等暗弱目标探测领域，杂光的影响更是严重，会极大降低图像信噪比甚至湮灭信号。因此杂散光的消除和消杂光效果的评估至关重要。

杂光系数是评价遥感成像系统消杂光效果的重要指标，但是传统上遥感成像系统的杂光系数在设计阶段难以定量评价，只能在相机研制完成后通过黑斑法测试得到。现有的设计阶段仿真得到杂光系数的方法主要有两种：一种是通过辐射传热理论得到黑斑法杂光系数和点源透射比(Point Source Transmittance，PST)间的函数关系，通过多个方向PST的仿真结果插值积分间接得到杂光系数，这种方法因为PST仿真分析中视场方向数量有限，杂光系数只能得到近似值，复杂且不够准确；另一种是公开号为CN108535862A的发明专利——一种计算空间遥感相机黑斑法杂光系数的仿真建模方法，该方法是模拟黑斑法测试光路通过正向追迹仿真成像光路中散射光线到达像面探测器的照度与非成像光路中光线到达像面探测器的照度之和与成像光路中反射光线到达像面探测器的照度的比值得到杂光系数，该方法需要评估不同路径的杂光占比——反射光能量、散射光能量和非成像光能量等，因此只适用于反射式光学系统，对折射式或者折反射式光学系统因无法准确分离出相应类别的光线而适应性不足，此外使用该方法不能快速找出杂光来源。

杂光消除多是根据理论分析和经验设置杂光阻断结构，而遥感相机内的杂光路径复杂，凭借理论设计的消杂光结构难免有不足之处，需要进行仿真分析。现阶段不同视场的PST追迹仿真是获取杂光路径的主要方法，通过PST随角度变化的曲线形状获取像面能量异常的视场点——可能存在杂光的入射角度，此方法分析的准确度和视场的数量成正比，因为对每一个视场的分析均需要执行一次光线追迹，因此该方法耗时较长且易有遗漏。

发明内容

因此，针对传统仿真分析方法存在的诸多缺点，本发明提供了一种快速获取杂光来源和杂光系数的仿真建模方法，可以在设计阶段定量预估任意视场的杂光系数，且可快速找出主要杂光来源。不仅适用于反射光学系统，对其他折反射光学系统、折射式光学系统均适用。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种快速获取杂光来源和杂光系数的仿真建模方法，包括以下步骤：

步骤一：在光线追迹软件中建立空间遥感相机模型，所述空间遥感相机模型的工作距离接近无穷远；

步骤二：根据表面材料特性和光线的入射角度设置所述空间遥感相机模型的相机结构的表面属性；

步骤三：在所述光线追迹软件中建立光源、接收器一和接收器二，所述光源设置在空间遥感相机焦面上的待分析视场位置，所述接收器一设置在物方相应视场位置，所述接收器二设置在空间遥感相机的入口外；

所述接收器一的位置设置在近无穷远处，所述接收器一的直径为：