[发明专利]基于多角度散射光信号优化选取的弥散介质多种辐射特性参数协同重建方法

摘要

本发明提供一种基于多角度散射光信号优化选取的弥散介质多种辐射特性参数协同重建方法，先模拟稳态激光入射弥散介质的辐射传输过程，并基于敏感度分析和主成分分析法对模拟的散射信号进行优化筛选，获得包含更多弥散介质辐射特性信息的模拟信号所对应的测量角度，随后采用稳态激光辐照弥散介质一侧表面，用探测器测量弥散介质另一侧表面在优选的测量角度方向上的散射信号强度，最后基于获得的散射测量信号结合逆问题求解技术协同重建弥散介质多种辐射特性参数。本发明为研究弥散介质多种辐射特性参数提供一种快速准确的方法，对航天、国防和民用工业具有十分重要的意义。

主权项

基于多角度散射光信号优化选取的弥散介质多种辐射特性参数协同重建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：以稳态连续激光入射弥散介质的左界面，将任意取值的弥散介质待测量辐射特性参数，即介质吸收系数α、散射系数σ、散射相函数Φ，代入辐射传输方程，求解所述辐射传输方程得到稳态连续激光透射弥散介质后在距离左界面x处的散射辐射信号强度I(x,θ)，测量角度θ为扩散光与弥散介质的表面法线之间的夹角；步骤二：基于敏感度分析方法，在不同测量角度θ下，计算散射辐射信号强度I(x,θ)对任意取值的待测量辐射特性参数的微小变化的敏感性，获得散射辐射信号强度I(x,θ)对待测量辐射特性参数的高敏感性区间所对应的测量角度区间[θ₁,θ₂]；步骤三：基于主成分分析法，在获得的测量角度区间[θ₁,θ₂]内进一步计算各测量角度对散射辐射信号强度前z个主成份的贡献率，并按贡献率降序排列测量角度，在此基础上，选择贡献率大的前n个测量角度作为最终测量角度，即θ_j(j＝1,2,…,n)；步骤四：在弥散介质待测量辐射特性参数可能的取值范围内，依据逆问题的优化筛选策略选择待测量辐射特性参数的估计值，依据筛选获得的估计值，并基于步骤一所述辐射传输模型，求解获得弥散介质右界面处角度θ_j(j＝1,2,3…n)方向上预测的散射辐射信号强度I(L,θ_j)_pred，其中L为弥散介质厚度；步骤五：测量获得弥散介质右界面处角度θ_j(j＝1,2,3…n)方向上真实的散射辐射信号强度I(L,θ_j)_exp，与步骤四中所述预测的散射辐射信号强度I(L,θ_j)_pred(j＝1,2,…,n)，结合公式：$Fit=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\[\frac{I{(L,{\mathrm{\θ}}_j)}_{pred}-I{(L,{\mathrm{\θ}}_j)}_{\exp }}{I{(L,{\mathrm{\θ}}_j)}_{\exp }}\]}^2---\left(1\right)$获得逆问题算法中的适应度函数Fit；n为优化选择的测量角度数目；步骤六：判断步骤五中适应度函数值Fit是否小于设定阈值ξ，若是，则将步骤四中获得的弥散介质待测量参数的取值作为结果，否则重复步骤四和步骤五，采用逆问题算法重新假设出弥散介质待测量辐射特性参数的取值。