三維參與性介質(zhì)光輻射成像的蒙特卡洛法仿真.pdf

1、熱輻射、可見光、紫外線等都是電磁波的某些具體波段，在傳統(tǒng)的熱輻射研究中，主要側(cè)重對(duì)能量傳輸?shù)难芯?。隨著研究的深入和學(xué)科的交叉發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)彷椛涞男盘?hào)特性甚至光學(xué)特性的出現(xiàn)了研究的需求，因而有必要將輻射傳熱與光學(xué)傳輸進(jìn)行結(jié)合研究。
　　本文建立了可以處理三維復(fù)雜形狀介質(zhì)（由平面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面及其平移旋轉(zhuǎn)而成的表面圍成的多個(gè)不同輻射物性的介質(zhì)區(qū)域）的基于幾何光學(xué)的瞬態(tài) MCM模型，并編制了計(jì)算程序，對(duì)程序進(jìn)行了大量的對(duì)比計(jì)算，驗(yàn)證

2、了程序的準(zhǔn)確性、可靠性、靈活性，保證了后續(xù)結(jié)果的可信。同時(shí)，也分析了一些因素的影響。
　　為了提高反射率測(cè)量精度，通過模擬反射率測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)中積分球內(nèi)部的輻射傳輸，發(fā)現(xiàn)實(shí)際的積分球因其結(jié)構(gòu)、涂層及標(biāo)準(zhǔn)白板反射率的光譜波動(dòng)而呈現(xiàn)明顯的非線性。利用仿真結(jié)果對(duì)樣片的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了修正。用便攜式光譜儀對(duì)多種戶外常見材質(zhì)進(jìn)行了光譜反射率的測(cè)量。通過測(cè)量和分析樣片BRDF，為程序引入了一種簡(jiǎn)化BRDF模型。
　　為研究介質(zhì)散射對(duì)成像的干擾

3、，模擬了球面凸透鏡的光學(xué)成像，和散射性介質(zhì)平板對(duì)成像的影響。并采用光線分裂技術(shù)，減少模擬的計(jì)算量。建立了旋轉(zhuǎn)拋物面反射式望遠(yuǎn)鏡的模型，并模擬了其遠(yuǎn)距離成像能力。并利用該望遠(yuǎn)鏡模型，驗(yàn)證了光線分裂技術(shù)對(duì)計(jì)算效率的提升。模擬了脈沖照射、快門距離選通成像對(duì)物體成像的切片效果，數(shù)值模擬了文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)的抗干擾效果，并分析了大氣中影響距離選通成像的一些因素。
　　目前尚無非接觸式測(cè)量高溫火焰溫度場(chǎng)整場(chǎng)的有效方法，而最近發(fā)展起來的光場(chǎng)成像對(duì)輻射信

4、息記錄全面，故有必要研究分析采用光場(chǎng)相機(jī)對(duì)介質(zhì)輻射非接觸式測(cè)量的可行性。建立了微透鏡陣列光場(chǎng)相機(jī)的仿真模型，得到了其對(duì)固體表面的光場(chǎng)成像。建立了反射式望遠(yuǎn)鏡與微透鏡陣列結(jié)合而成的光場(chǎng)相機(jī)模型，模擬了大口徑光場(chǎng)相機(jī)的成像特點(diǎn)。建立參與性介質(zhì)的立方體模型、圓柱形和非同心橢球多層火焰模型，模擬獲得了熱輻射的光場(chǎng)成像及其后處理，作為將來采用光場(chǎng)相機(jī)測(cè)量和反演火焰輻射場(chǎng)和溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)。模擬了多維梯度折射率介質(zhì)中的光線軌跡、能量傳輸，分析不同網(wǎng)格對(duì)