大气散射模型

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大气散射模型知识讲解

大气散射模型入射光衰减模型：描述了光从场景点到观测点之间的削弱衰减过程。

大气散射模型大气光成像模型：描述了周围环境中的各种光由于大气粒子的散射作用,对观测点所接收到的光强的影响。

表现：室外视觉系统所捕获的场景图像其对比度、颜色和分辨率等特征衰减明显。

原因：光线在从场景点到接收点的传播过程中,遇到悬浮于大气中粒径较大的气溶胶粒子,与之发生,从而使光能的亮度、颜色等特性发生改变。

其中散射是可见光波段导致雾天图像降质的主要因素,而吸收和福射作用所造成的影响则相对较小。

瑞利散射(Rayleigh)（分子散射）：粒子尺度远小于入射波长的散射现象。

散射米氏(Mie)散射：粒子尺度与波长可比拟。

瑞利散射：使天空呈现蓝色,纯净的水面由于反射天空的光线,也呈现蓝色。

散射体中往往包含很多散射粒子,因此每个粒子的散射光都可能会被其他粒子再散射。

根据入射光在传播过程中被大气粒子散射后是否再次发生散射,可以将散射分为单散射现象和多散射现象。

雾天散射：一方面部分物体表面的反射光因散射而损失,使得到达观测点的光强降低,并随着传播距离的增大而呈指数衰减;另一方面,大气粒子的散射作用还来自附加在目标图像上的大气光,以使大气表现出光源的特性,且环境光的强度随着传播距离的增大而逐渐增加。

以上两方面的作用导致雾天捕获图像的对比度、颜色等特征衰减明显。

入射光衰减模型：大气散射引起观测点接收到的场景点福射光强随景深的增而呈指数衰减。

大气光成像模型：由于光路上粒径较大的大气微粒对周围环境中的入射光具有反射作用,因此会有部分光沿着观测路线射向观测点,这部分光照可以看作是由大气产生的光源,称为大气光。

大气光的主要来源为直射的阳光、散射的天空光以及由地面反射的光等。

大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用

大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用引言：雾天对于图像处理和目标检测带来了许多挑战。

在雾天条件下，图像中的细节被模糊和遮蔽，同时海面上的小目标也因雾气的存在而变得难以识别。

为了克服这些问题，科学家们引入了大气散射模型，该模型可以帮助恢复被雾气所遮挡的图像信息，并提高海面小目标的检测率。

一、大气散射模型的原理大气散射模型是根据大气散射现象建立的数学模型。

在雾天条件下，光线与雾气中的微小颗粒相互作用，导致光线的散射现象。

根据散射模型，我们可以估计雾气对图像亮度和颜色的影响，进而利用这些信息进行图像增强和目标检测。

二、雾天图像增强1. 雾气的影响：在雾天条件下，由于光线的散射现象，图像的亮度和对比度会降低，同时出现色偏现象，使得图像细节难以辨认。

2. 大气散射模型在图像增强中的应用：大气散射模型可以估计图像中雾气的浓度和颜色参数，进而根据这些参数调整图像的亮度和对比度，减轻色偏现象。

通过该模型的应用，雾天图像的细节可以得到恢复，图像的视觉效果将更加清晰和自然。

三、海面小目标检测1. 雾气的影响：在海面上，雾气的存在会导致小目标在图像中的表示模糊，目标的边缘和纹理特征难以捕捉，从而给目标检测带来困难。

2. 大气散射模型在目标检测中的应用：大气散射模型可以帮助恢复由雾气导致的图像模糊，使得海面小目标的边缘和纹理特征得以增强。

在目标检测过程中，我们可以利用散射模型对原始图像进行预处理，将图像中的雾气效应去除后，再进行目标的特征提取和分类，从而提高小目标的检测率。

四、实验和应用科学家们通过实验验证了大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的有效性。

他们使用了不同种类的雾天图像和海面小目标图像，通过调整大气散射模型的参数，成功地恢复了图像的细节并提高了小目标的识别率。

在实际应用中，大气散射模型的应用有着广泛的前景。

在军事上，利用该模型可以提高侦查和目标锁定的准确性；在海洋研究中，能够更好地识别和跟踪海洋中的小目标；在自动驾驶领域，可以增强汽车视觉系统在雾天条件下的图像处理能力。

大气散射模型原理

大气散射模型原理
大气散射模型是用来描述自然景物表面反射光线在大气中逐渐衰减的数学模型。

其原理可以简述为：当光线通过大气时，会被大气中的分子和颗粒物所散射。

这些散射事件会使得光线逐渐衰减、扩散和变色，最终到达人眼的光线成为不同颜色、亮度和方向的杂散光，使得物体在视觉上看起来更加模糊和暗淡。

在大气散射模型中，一般将大气分为多个不同的层，每一层具有不同的光学参数，如散射系数、吸收系数、逐渐变化的折射率等。

这些参数决定了光线在大气中的传播和衰减方式，从而影响景物的视觉品质。

通过对这些参数的建模和计算，可以得到不同大气条件下光线传播的特性，以及不同特定条件下景物的表面颜色、亮度和对比度等视觉特征，为计算机图形学和计算机视觉领域提供了重要的理论基础。

一种利用大气散射模型实现图像去雾的方法

析出图像方向和景深等立体空间的信息，这样我们就能计算出图像采集点与场景点的距离。
图像透视一般有两种：平行透视和成角透视。真实场景中的这组平行线与画面成 90 度，就是平行透视，只有 1 个灭点，如图 2；真实场景中的这组平行线与画面所成的角度只要不是 90 度，都是成角透视，一般有 2 个灭点，如图 3。
Received: Mar. 25th, 2017; accepted: Apr. 8th, 2017; published: Apr. 11th, 2017
Abstract
In view of the problem that the image under foggy days is not clear, the atmospheric scattering model is used to process the image dehazing. First, the Curvelet transform extracts the image edge and calculates the vanishing point on the basis of the intersection of straight line edges. Then it calculates the depth of field value according to the vanishing point. The radiation coefficient of incident light in the foggy image is obtained, which means that the real color value of the image is obtained and the image dehazing is finished. When calculating the depth of field value, it respectively calculates the depth of field value of every foggy image’s pixel at the same time, which solves the partial area color distortion problem that is caused by using single depth of field, and makes the processed image look more natural. Finally, the validity of the method is verified by experiments.

一种基于大气散射模型和Retinex的红外图像去雾算法

一种基于大气散射模型和Retinex的红外图像去雾算法董浩伟;陈洁【摘要】基于红外图像和可见光图像在有雾天气下退化过程中的相似性,可以使用大气散射模型对红外图像进行图像复原.但是图像在去雾复原处理后常常会有对比度低,细节不明显的特点,不利于人眼直接观察.针对这一情况,使用Retinex对去雾后的图像进行对比度增强.经过这两个算法处理后可以提高红外图像的对比度,突出其细节,提高其信噪比,并且具有良好的视觉效果.对算法的改进可以在计算处理速度和算法处理的效果上找到一个平衡点,为后期的嵌入式平台实现实时的视频去雾打下基础.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】10页(P347-356)【关键词】大气散射模型;去雾;Retinex【作者】董浩伟;陈洁【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223【正文语种】中文【中图分类】TP391.41夜视技术的出现为全天候作战提供了可行性，在军事夜战中夜视技术占据极其重要的地位。

红外成像技术将人眼的观察范围扩大到光谱红外区，大大提高人眼观察的区间[1]。

雾和霾是一种常见的天气现象，并且由于近几年空气质量严重恶化，雾霾等恶劣天气频繁出现。

雾霾天气下，大气环境中存在着大量的悬浮颗粒，传播过程中光线会受到这些悬浮颗粒散射的影响。

和无雾场景相比较，图像的清晰度和对比度都会被衰减，从而影响整体的视觉效果[2]。

在使用过程中，很可能由于图像质量太差而无法获得特定细节，使得红外成像系统失去其应用价值。

虽然近红外的热像仪因其波长较短，在传播的过程中受空气溶胶影响较小，本身具有一定的透雾功能。

但是现在红外热像仪主要工作于中波和长波波段，受雾霾影响严重，所以对红外图像的去雾研究还是很有必要的。

对红外图像进行去雾研究时，往往借鉴于可见光图像的去雾算法，可见光的去雾算法一般包括图像增强和基于物理模型的图像复原。

由于红外图像成像的特殊性，红外图像的对比度、信噪比、分辨率都弱于可见光图像。

丁道尔(tyndall)现象

丁道尔现象是指在大气中空气悬浮颗粒的散射现象。

这项现象得名自19世纪的英国物理学家约翰·丁道尔，他首次描述了这一大气光学现象。

1. 丁道尔现象的产生机理丁道尔现象是由于大气中的空气分子和悬浮颗粒对可见光的散射而产生的。

在大气中，空气分子、水蒸气和悬浮粒子会使得可见光产生不同程度的散射和吸收，从而导致我们能够看到天空、云彩以及辉煌的日落和日出等现象。

2. 丁道尔现象的表现形式丁道尔现象的经典表现形式包括蓝天、橙黄色的日落和日出，以及云层的明亮和阴暗部分。

在大气中，空气分子对短波长的蓝色光散射较多，因此天空呈现出蓝色。

而在太阳日出和日落时，由于光线经过更长的路径穿越大气，在散射和吸收的作用下，蓝色光几乎被完全散射掉，而橙黄色的光线则得以渗透并呈现出日出和日落的美丽色彩。

3. 丁道尔现象的重要意义丁道尔现象对气象、大气光学、环境科学和远距离通讯等领域具有重要意义。

通过对大气中散射现象的研究，科学家们能够更好地理解大气光学特性，从而为天气预报、气候变化研究以及大气光学应用提供基础支持。

丁道尔现象也对卫星通讯和激光通讯等远距离通讯技术产生影响，因为大气中的散射现象会影响光信号的传输和接收。

4. 丁道尔现象的研究和应用目前，丁道尔现象的研究已经成为气象学、大气光学和环境科学等领域的重要研究方向。

利用先进的大气观测技术和模拟模型，科学家们能够更精确地描述丁道尔现象在大气中的作用机理和特性。

这些研究成果不仅推动了对大气光学和气候变化的深入了解，也为相关技术和应用提供了理论支持。

结语丁道尔现象作为大气光学的重要现象，对我们理解大气光学特性、气象预测和环境科学都具有重要意义。

通过不断深入研究和应用，丁道尔现象将继续为领域相关的科学研究和技术创新做出贡献。

丁道尔现象作为大气光学领域的一个重要现象，其研究范畴已经逐渐拓展到更广泛的领域，包括天文学、环境科学、气候变化和通讯技术等。

对丁道尔现象的深入研究和应用不仅有助于我们更好地理解大气中的光学特性，还为相关领域的科学研究和技术创新提供了理论支持。

大气散射模型

基于大气散射模型的实时视频去雾方法研究摘要：近年来，我国空气质量大幅下降，导致雾霾天气日渐频繁。

在雾霾天气情况下，大气中存在着很多混浊介质（如，颗粒、水滴等），户外场景的视频图像出现了退化和降质，表现为清晰度和对比度低、色彩失真、细节特征模糊不清等特点。

视频图像的降质退化使得户外视觉系统不能正常发挥效用，降低了工作效率及其可靠性。

例如，在雾霾天气情况下，能见度降低，航拍视频中目标不可见，且色彩及对比度等特征严重衰减，无法满足航拍工作系统的灾害监测预警等后续要求。

因而，在计算机视觉这一领域内，有雾视频的清晰化是一个重要的问题。

本文对雾天视频图像的退化和降质进行了详细的分析，阐述了雾天视频图像降质的原因，研究了国内外研究人员在视频图像去雾方面的成果，分析了各研究人员去雾方法的理论基础和核心技术，在此基础上，详细研究了基于大气散射模型的暗通道先验去雾方法，并且进行改进和完善，作出创新。

本文建立基于大气散射原理的视频图像去雾模型，以暗通道先验去雾方法为基础，用导向滤波进行改进，采用VS2013和Opencv编写去雾算法程序，实现单幅图像去雾，然后进行CUDA加速，使对常用的1920×1080大小的视频图像进行去雾处理的运算速率达到每秒15帧以上，实现实时视频去雾。

最后，将本文的去雾算法与其他算法进行比较，对比不同去雾方法得到的恢复图的效果，以及不同方法的利弊，完善细节，将该算法应用于实际待去雾的视频中。

关键词：图像降质；图像去雾；暗通道先验；大气散射模型第1章绪论1.1 课题研究背景和意义一般情况下，获得清晰的视频图像是户外视觉系统正常工作和发挥效用的前提，因此，它对于天气情况非常敏感。

然而，近年来，我国空气质量大幅下降，多地频繁出现雾霾天气。

雾天条件下，户外场景的视频图像受到严重影响，这是由于大气中存在着许多混浊介质，包括颗粒、水滴等，这些介质会吸收和散射部分可见光，使成像设备接收到的光的强度产生衰减，这导致获取的视频图像产生退化和降质。

大气散射模型

入射光衰减模型：描述了光从场景点到观测点之间的削弱衰减过程。

大气散射模型大气光成像模型：描述了周围环境中的各种光由于大气粒子的散射作用,对观测点所接收到的光强的影响。

表现：室外视觉系统所捕获的场景图像其对比度、颜色和分辨率等特征衰减明显。

原因：光线在从场景点到接收点的传播过程中,遇到悬浮于大气中粒径较大的气溶胶粒子,与之发生,从而使光能的亮度、颜色等特性发生改变。

其中散射是可见光波段导致雾天图像降质的主要因素,而吸收和福射作用所造成的影响则相对较小。

瑞利散射(Rayleigh)（分子散射）：粒子尺度远小于入射波长的散射现象。

散射米氏(Mie)散射：粒子尺度与波长可比拟。

瑞利散射：使天空呈现蓝色,纯净的水面由于反射天空的光线,也呈现蓝色。

散射体中往往包含很多散射粒子,因此每个粒子的散射光都可能会被其他粒子再散射。

根据入射光在传播过程中被大气粒子散射后是否再次发生散射,可以将散射分为单散射现象和多散射现象。

以上两方面的作用导致雾天捕获图像的对比度、颜色等特征衰减明显。

入射光衰减模型：大气散射引起观测点接收到的场景点福射光强随景深的增而呈指数衰减。

大气光的主要来源为直射的阳光、散射的天空光以及由地面反射的光等。

大气对激光的散射

6
考虑最一般情况，一个电荷沿一直线作振幅很小的的上下加速运动，在与运动轴成角方位的电场就沿着与视线垂直的方向，并在包含加速度与视线的平面内。设距离为 r，那么在 t 时刻电场的大小为
E（t ) qa(t r / c) sin 4 0c 2 r
（ 12）
其中 a( t-r/c ) 是 ( t-r/c ) 时刻的加速度，叫做推迟加速度。
d [dPs ( )] I（（ s ））ns P i ( ) dx d
（4）
4
（式中，I（是散射的辐射强度；是比例系数，它是散射角和波长的函数；） s ） ns 是散射粒子浓度；Pi ( )dx 是入射到厚度为 dx 的元体积上的某一波长激光的光束功率。将上式改写为
图 1 两类散射模型的强度分布
其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极子振荡，并以此为中心向四周发出与入射波频率相同的子波，即散射波。散射波的能量分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、形状和折射率有关。
2
对一波长为 λ 的单色激光光束，在不均匀媒介内传播距离X后，由于纯散射作用，将使光束沿 x 方向衰减为
图 2 电荷产生的电场
假设电荷按非相对论性的任何方式作加速运动，由此我们计算加速电荷所辐射的总能量。
q 2 a '2 sin 2 S 0cE 16 2 o c3r 2
2
（ 13）
S 是能流密度，就是在方向每平方米所辐射的功率。注意到它与距离平方成反比，要求出向所有方向辐射的总能量，则必须对上式所有方向积分。
13
参考文献：《激光雷达技术》上册，戴永江《费曼物理学讲义》第一卷，郑永令等《大气散射》地理国情监测云平台网站

大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)

在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。

lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。

lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。

lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。

1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。

再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。

2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。

大气微尘颗粒光散射测量及模型建立

大气微尘颗粒光散射测量及模型建立在明确了此次设计的目的意义，并且对国内外的发展现状进行了比较和分析之后，接下来需要介绍的是在本次设计中所采用的光散射测量原理和数学模型的建立过程，在此之前，首先应该明确大气微尘的含义和几何形状，以便以后合理估计大气微尘的直径。

2.1 大气微尘介绍气溶胶主要成分之一，由半径为1～100μm的固体微粒组成，悬浮于大气中。

大气微尘有天然的和人为的两种：前者主要有火山灰、地表扬尘、海水溅沫蒸发后的盐晶、森林火灾的烟尘、微陨石等；后者主要是工厂排放物和核试验的放射性微尘等。

有些室内的微尘还含有纤维、毛发和木屑等。

大气中，对人们生活影响较大的主要为PM2.5，PM2.5指的是空气动力学当量直径小于或等于2.5μm且密度为1g m3的颗粒物（可悬浮于空气中的固态和液态的微粒）。

富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

因此，在此次设计中也主要测量该范围的大气微尘直径。

燃煤排放的PM2.5从形态上可分出球形颗粒和非球形颗粒，燃煤排放的PM2.5以球形颗粒为主，但随着颗粒物粒径的减小，非球形颗粒的数量有所增加这为大气颗粒物的源识别提供了必要的依据。

在场发射电镜下（FESEM），燃煤电厂排放的PM2.5的表面特性如图2-1所示：图2-1PM2.5的表面特性可见多数PM2.5的表面并不光滑，而是布满了纳米级的细微颗粒。

这反映出燃煤飞灰中，不同颗粒之间存在逐级吸附的现象，即粗颗粒（粒径>2.5μm）表面吸附细颗粒。

而细颗粒表面吸附粒径更小的颗粒物。

这些细颗粒物在贮存或者利用过程中极易飞扬，进入大气环境，从而对环境造成一定的危害。

中国环境监测总站副站长傅德黔介绍：“PM2.5或者叫细粒子，放到显微镜底下，能看见颗粒物有不同的形状，有发亮的、像晶体一样的颗粒物；也有像沙漠里石头一样的颗粒物；还有一些比较均匀、比较细微的颗粒物”。

大气辐射传输模型及其软件

大气辐射传输模型及其软件∗焦斌亮高志强李素静白云燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 066004摘要：本文主要阐述了大气辐射传输模型在大气订正中的应用，介绍了大气辐射传输原理，详细地叙述了6S 、LOWTRAN 、MODTRAN 和 FASCODE 等模型，同时提到了在以上模型基础上发展起来的其它辐射传输模型及软件，并对相应的模型及软件的共同特点和主要区别进行了比较，认为大气辐射传输模型在当前的大气订正模型中依然是比较可靠而常用的方法。

关键词：大气订正辐射传输 6S MODTRAN1 引言大气订正是遥感技术的重要组成部分，主要包括大气参数估计和地表反射率反演两个方面。

如果获得了大气特性参数，进行大气订正就变得相对容易，但是获得准确的大气特性参数通常比较困难。

通常有两类方法用辐射传输方程来计算大气订正函数：一种是直接的方法，对于大气透过率函数和反射率函数，通过对模型的积分来得到；另一种是间接的方法，它不是直接计算所需要的大气订正函数，而是通过辐射传输模型输出的表观反射率，结合模型输入的参数来求解。

大气订正方法有很多，比如：基于图像特征的相对订正法、基于地面线形回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。

它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气订正的方法。

其中，大气辐射传输模型(Atmospheric Radiative Transfer Model)法是较常用的大气订正方法，它用于模拟大气与地表信息之间耦合作用的结果，其过程可以描述为地表光谱信息与大气耦合以后，在遥感器上所获得的信息，其中考虑了光子与大气相互作用机理，物理意义明确，具有很高的反演精度。

2 大气辐射传输原理电磁辐射在介质中传输时，通常因其与物质的相互作用而减弱。

辐射强度的减弱主要是由物质对辐射的吸收和物质散射所造成的，有时也会因相同波长上物质的发射以及多次散射而增强，多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。

大气散射模型

大气散射模型
大气散射模型是指用于描述光线在大气中传播时受到散射以及
吸收等影响的数学模型。

在遥感、计算机图形学、摄影等领域，大
气散射模型被广泛应用。

大气散射模型分为分子散射模型和颗粒散射模型两种，分子散
射模型适用于低海拔地区，而颗粒散射模型适用于高海拔地区和有
大气污染的城市等恶劣环境。

常见的大气散射模型有以下几种：
1. Rayleigh散射模型：用于描述高层大气中气体分子的散射
作用，特别适用于可见光和近红外光区域的散射模型。

2. Mie散射模型：用于描述大气中颗粒的散射作用，包括云、烟、雾、雨等。

Mie散射模型适用于波长较长的光线，如红外光。

3. Henyey-Greenstein散射模型：用于描述大气中散射物的非
均匀性。

因为大气中的散射物往往不是完全随机分布的，这个模型
能更好地描述大气中光线的传播情况和反射率。

大气散射模型可用于对空气质量、天空颜色、摄影曝光、遥感
图像处理等问题进行有效的建模和仿真。

wrf模型原理

WRF模型原理1. 概述WRF（Weather Research and Forecasting model）是一种用于天气和气候模拟的数值模型。

它是一个开源的大气动力学模型，被广泛应用于气象学、气候学和环境研究领域。

WRF模型的基本原理是通过求解大气动力学和热力学方程，模拟大气中的运动、湍流和物理过程，从而预测未来的天气变化。

2. 大气动力学方程WRF模型的核心是求解大气动力学方程组，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。

这些方程描述了大气中的气体运动、湍流和辐射传输等过程。

2.1 质量守恒方程质量守恒方程描述了大气中的气体密度变化与质量通量之间的关系。

它可以写成以下形式：∂ρ∂t+∇⋅(ρu)=0其中，ρ为气体密度，u为气体的速度矢量，∇⋅(⋅)表示散度运算符。

这个方程表示气体的质量在空间和时间上的变化率等于质量通量的散度。

2.2 动量守恒方程动量守恒方程描述了气体运动的力学过程。

它可以分解为水平动量守恒方程和垂直动量守恒方程。

2.2.1 水平动量守恒方程水平动量守恒方程可以写成以下形式：∂ρu∂t+∇⋅(ρuu)=−∇p−fk×(ρu)+ρg其中，k为垂直向上的单位矢量，p为气体压强，f为科氏参数，g为重力加速度。

这个方程描述了气体在水平方向上的加速度与压强梯度、科氏力和重力之间的关系。

2.2.2 垂直动量守恒方程垂直动量守恒方程可以写成以下形式：∂ρw ∂t +∇⋅(ρwu)=∂p∂z+ρg其中，w为气体的垂直速度。

这个方程描述了气体在垂直方向上的加速度与垂直压强梯度和重力之间的关系。

2.3 能量守恒方程能量守恒方程描述了气体的温度和能量传输过程。

它可以写成以下形式：∂ρθ+∇⋅(ρθu)=−∇⋅(ρuc p T)+∇⋅(ρu⋅F)+Q∂t其中，θ为温度，c p为恒压比热容，T为气体的温度，F为辐射通量，Q为加热项。

这个方程描述了气体的温度变化与湍流混合、辐射传输和加热之间的关系。

散射原理

散射原理透射光强为l l h K e I e I I α-+-==0)(0h ：散射系数 K ：吸收系数 α：衰减系数（实际测量中得到的）散射是指电磁波通过某些介质时，入射波中一部分能量偏离原来传播方向而以一定规律向其他方向发射的过程。

散射可以用电磁波理论和物质电子理论解释：入射的电场使粒子中的电荷产生振荡，振荡的电荷形成一个或多个电偶极子，它们辐射出次级的球面波，因为电荷的振荡与入射波同步，所以次级波与入射波有相同频率，且有固定的相位关系。

在大气散射过程中，散射粒子的尺度范围很大，从气体分子（约10-4μm ）到气溶胶（约 1μm ）、小水滴（约 10μm ）、冰晶（约 100μm ），以及大雨滴和雹粒（约 1cm ）。

通常以尺度数α = 2π/λ作为判别标准，其中r 为粒子半径，λ为波长。

按α的大小可以将散射过程分为三类：(1) α << 1，即 r < λ 时的散射，称为 Rayleigh 散射或分子散射；(2) 1< α < 50，即 r ≈ λ 时的散射，称为 Mie 散射或大颗粒散射；(3) α > 50，即 r>> λ 时的散射，属于几何光学散射范畴。

对于大气中的粒子（假设是各向同性的），散射光分布型式相应于入射光方向是三维空间对称的，依赖于尺度数 α，其典型情况如图 3.1 所示图3.1 三种尺度粒子的散射强度的角分布型式Rayleigh 散射和 Mie 散射的实质，都是大气分子或气溶胶粒子在入射电磁波作用下激发，而产生振动的电偶极子或多极子，并以粒子为中心向四周辐射出与入射波频率相同的散射波，都属于弹性散射。

瑞利散射瑞利散射解释了大气中气态分子的光学特性，根据瑞利的观点，天空的蓝色是由于大气中圆形、各项同性的、密度大于周围介质、且大小远远小于波长的粒子的散射造成的。

瑞利散射理论的提出是基于以下几个假设条件（1）粒子尺寸远远小于光的波长，一般 r ≤ 0.03λ时，就认为满足条件。

大气吸收与散射损耗预测模型

第12章大气吸收与散射损耗预测模型本章研究无线电波在对流层晴空大气中传播时的损耗。

晴空大气的一个重要传播效应是，大气中的水汽和氧气会吸收无线电波的能量，引起无线电波场强和能量的衰减。

在更高的频率，还有二氧化碳等其它气体也会对电磁波的能量产生吸收。

大气吸收现象主要发生在10GHz 以上的频段。

大气吸收的理论性分析可参考本书的第七章或书[1]。

对流层晴空大气的另一个重要传播效应是，大气中的湍流不均匀体对无线电波的散射。

大气湍流散射效应，既是一种有效的无线电通信手段，也是引起无线电干扰的有害因素。

无论在超短波还是微波频段，对流层湍流散射均可发生。

对流层湍流散射的详细论述可参考专著[4]。

12.1 地面电路大气吸收模型从量子力学的观点来看，电磁波是由光粒子组成的，光子具有固定的能量（普朗克常数与频率的乘积）。

当电磁波在大气中传播时，气体的分子吸收电磁波光子的能量，实现了其分子内能能级的跃迁，而电波能量则遭受衰减。

氧气的主要吸收谱线位于60GHz 、118.75GHz 和368.5GHz 。

而水汽的吸收谱线则位于22.235GHz 、183.310GHz 和325.153GHz 。

在气体分子吸收谱线的频率上，无线电波的能量会被强烈地衰减，这对地面和地空通信是非常不利的；但是，对于卫星间的通信却可以使用这些频率，因为在高空气体分子密度非常稀薄，气体吸收引起的损耗自然就很小，而且由于低层大气对这些频率的电波有很强烈的衰减，利用这些频率的卫星间通信就不会干扰地面的通信业务。

首先，我们需要计算无线电波在大气中每通过单位距离时被衰减的分贝数，即大气对无线电波的衰减率。

然后沿传播路径对衰减率进行积分便可得到该电路上大气衰减的总效果。

为此，在工程实践上，可以采用ITU-Rec.P.676-4大气气体衰减模型[2]，该模型也被国家标准GB/T 14617.3—93“陆地移动业务和固定业务传播特性”[5]所采用。

在地面电路上，氧气和水汽对电波的吸收损耗可以表示为[2]：()[]d L w o a ργγ+= (12.1)⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧<<⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++-+⨯<⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+++⨯=---- GHz 350 GHz 63,10)198(47.1)118(028.059.1)633(265.01079.357,1050.1)57(81.4227.06091019.73222732223f f f f f GHz f f f f o γ （12.2）()()()GHz 350 103.264.3259.80.93.1836.105.82.226.30021.0050.04222<⨯⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫+-++-++-++=-f f f f f w ，ρργ(12.3)以上三式中，a L ——大气气体（氧气和水汽）吸收损耗，dB ；o γ——氧气吸收率，dB/km ； w γ——水汽吸收率，dB/km ； d ——干扰信号传播路径距离，km ；f ——频率，GHz ；ρ——水汽密度，g/m 3。

非视线光散射通信的大气传输模型

文章编号:0258 7025(2006)11 152205非视线光散射通信的大气传输模型冯涛,陈刚,方祖捷(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要利用大气对光的散射作用可以实现非视线通信.在单次散射假定下,研究了非视线光散射通信系统的大气传输模型.利用该模型分析了光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数与接收散射光能量之间的关系;重点讨论了大气分子散射和气溶胶散射各自对接收散射光能量的贡献.结果表明当系统的收发仰角较大时,接收光能量主要来自大气分子散射;反之,气溶胶散射则成为接收光能量的主要部分.对于工作在日盲紫外光谱区的非视线通信系统,增加接收视场可以有效地增大系统的信噪比.发现在两种典型的收发仰角情况下,接收散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的,这说明光源发散角要根据实际的应用场合设计确定.关键词光通信;光散射通信;非视线;大气传输;单次散射中图分类号 T N 929.12 文献标识码 AAtmospheric Propagation Model in Non Line of Sight Optical Scattering C ommunicationFENG Tao,CH EN Gang,FANG Zu jie(Shanghai I nstitute of Op tics and F ine M echanics ,T he Chinese A cademy of S ciences ,S hanghai 201800,China )Abstract Based on the assum ption of sing le scatter ing,atmospheric pr opagation model of no n line of sig ht optical scatter ing communicat ion sy st em is studied.T he mo del is used to analyze the co rr elations between r eceived scattered energ y and par amet ers of sy st em,including sour ce div erg ence angle,r eceiver field o f view ,and apex ang les o f transmitter and r eceiv er in an optical scatter ing communicat ion system.Contributio n o f atmospher ic mo lecular scatter ing and aer osol scatt ering of receiv ed scattered ener gy is discussed.T he r esult s sho w t hat received scattered energ y is attributed to molecular scattering at la rg er tr ansmitter and receiv er apex ang les,but with the decr ease o f apex ang les,aer osol scatter ing w ill be do minant in receiv ed scatter ed energ y.Enhancing of the receiver f ield o f view can effect ively improv e the signal no ise r atio fo r co mmunicatio n systems o per ating in the so lar blind ultr aviolet (U V)spectral r egio n.I n addition,the evo lution tendency o f r eceiv ed scatt er ed ener gy v ersus the source div erg ence ang le is inverse for tw o t ypical tr ansmitt er and receiver apex ang les.T his r esult sugg ests that diver gence angle of source should be desig ned according to specif ied situatio n.Key words o ptical communication;optical scattering communicatio n;non line o f sight;atmo spheric pro pag atio n;sing le scatter ing收稿日期:2006 04 24;收到修改稿日期:2006 05 23作者简介:冯涛(1979 ),男,河南三门峡人,中国科学院上海光学精密机械研究所博士研究生,主要从事无线激光通信技术研究.E mail:tfeng@导师简介:方祖捷(1942 ),男,浙江宁波人,中国科学院上海光学精密机械研究所研究员,博士生导师,目前主要从事光电子器件和光通信技术方面的研究.E mail:zjfang @1 引言近年来,自由空间光通信(FSO)技术[1]得到迅速发展,目前已进入商用阶段.自由空间光通信是一种视线(line of sihg t)通信技术,在发射和接收端之间存在障碍物或者收发光学系统偏离对准时,链路就会中断.如果利用大气对光波的散射来进行信号传送,就可以实现非视线通信,20世纪70年代,人们就对大气光散射信道进行了初步研究并预测了光散射通信的潜在应用价值[2,3].相对于红外和可见光波段,紫外光的波长较短,因而具有更强的大气散射效应,特别是在日盲紫外光谱区,近地面大气中几第33卷第11期2006年11月中国激光CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERSV ol.33,N o.11No vember,2006乎不存在这一波段的太阳辐射,大大有利于微弱的散射光信号的接收.由于大气对紫外光的衰减较强,有限的传输距离有利于实现短程保密通信,不易被干扰和截获.正是由于这些特点,日盲紫外波段是实现非视线光散射通信的最佳选择,随着紫外波段光电器件的迅速发展和成熟,非视线紫外通信技术越来越引起人们的兴趣[4~6].相对于视线光通信技术,非视线光散射通信系统通常采用较大发散角的光源和大视场的接收器,传统的光传输模型不适用于分析这种非视线的情况[7],Luettgen等发展的一种非视线单次散射模型[7]非常适用于分析大气中光的非视线传输.2000年,Shaw等[5]利用该模型研究了短距离非视线紫外通信,并提出将这一技术用于分布式传感器网络节点间的通信.但是,上述研究中仅仅考虑了大气中分子散射对通信系统接收光能量的贡献,并且进一步地将分子散射简化为各向同性散射.事实上,大气中的气溶胶散射也会影响到接收光能量.此外,非视线光散射通信一般用于低速通信,其受大气湍流的影响不像高速视线光通信那么严重.通过改变发射光源和接收装置的仰角、光源发散角等系统几何参数,非视线光散射通信可以灵活地部署以满足各种实际需求.可见,深入研究非视线光散射通信系统接收散射光能量的机制,研究大气分子散射和气溶胶散射各自对系统接收光能量的贡献以及系统各几何参数的影响,对于评估和设计非视线光散射通信系统是非常必要的.文中将忽略大气散射粒子的随机性,在单次散射假定下研究非视线光散射通信的大气传输模型,利用该模型对光在大气中的非视线传输进行模拟计算,讨论大气分子散射和气溶胶散射对非视线光通信系统的作用,以及光源和接收端各几何参数对接收光能量的影响.2 大气传输模型图1所示为光散射通信系统.发射端光源以发散角2 T向空间发出光信号,接收器的视场角为2 R,发射与接收仰角分别为 T和 R,发射光束与接收视场在空间的重叠区域的大气形成一个收发连接的散射体.发射光信号经过大气的衰减到达散射体,接收器收集来自该散射体对光信号的散射,这样就完成了信号的非视线传送.由于散射光通常都很微弱,人们一般通过增大接收视场以接收到更多的散图1散射光通信链路的收发示意图Fig.1Schematic diagram of scatter ing communication link射光.假设t=0时刻一个能量为Q t(单位为J)的激光脉冲向空间发射,考查在图1所示的几何关系下接收端的光能量.在满足单次散射的基础上,利用长球面坐标系研究非视线光传输是很方便的[7].在这种坐标系中,空间中的每个点可由径向分量,角坐标!和方位坐标∀唯一确定(如图2所示).若发射端和接收端分别位于长球面的两个焦点上,则某一给定长球面上的任意一点与两个焦点之间的距离之和为一常数,从而这个长球面就可以看作是一个等时延面.图2长球面坐标系Fig.2Pr olate spherio dal coor dinates考查有效散射体内的任一点P(,!,∀),则包含P点的体积元#V可看作一个二次辐射源,它向整个空间辐射出的总能量为#Q P=k s Q T exp(-k e r2)∃T r22#V,(1)式中∃T=4%sin2( T/2)表示光源发射立体角,k s为大气散射系数(单位为m-1),k e为大气消光系数(等于吸收系数与散射系数之和,单位为m-1),r2表示光源与P点之间的距离(单位为m).该二次源在接收端单位面积上的散射能量可以表示为#H R=Q T k s cos(&)exp[-k e(r1+r2)]4%∃T(r1r2)2p( s)#V,(2)152311期冯涛等:非视线光散射通信的大气传输模型式中r1表示二次源与接收端之间的距离(单位为m),p( s)为散射相函数,表示散射强度随散射角的依赖关系,&为接收视场轴线和二次源与接收端连线之间的夹角,cos(&)是考虑接收器的有效接收面积而引入的.长球面坐标系中的体积元可以表示为#V=r38(2-!2)##!#∀,(3)式中的r表示光源与接收端的间距.将r1和r2用长球面坐标表示,并利用(3)式,(2)式就可重写成#H R=Q T k s cos(&)exp(-k e r)2%∃T r(2-!2)p( s)##!#∀.(4) 由于长球面=(r1+r2)/r表示一个等时延面,它散射的能量在t=(r1+r2)/c时刻到达接收端,因此有如下关系式=ct/r,(5)#=c#t/r,(6)将(5),(6)式代入(4)式,两端同时除以#t并令#t趋于零,即得到长球面上的一个微分面积元在接收端处产生的辐照度(单位为W m-2)#E()=Q T ck s cos(&)exp(-k e r)2%∃T r2(2-!2)p( s)#∀#!,(7)将(7)式对由确定的长球面积分就得到在t=r/c时刻接收到的辐照度E()=Q T ck s ex p(-k e r)2%∃T r2!!2()!1()!∀2(,!)∋1(,!)cos(&)p( s)(2-!2)d∀d!,(8)若将(8)式再对时间t进行积分,即可得到接收端的能量密度(单位J m-2)H R=!t ma x t min E(ct/r)d t,(9)这里的积分限是由空间有效散射体所决定的,有效散射体的范围依赖于光源发散角、接收视场以及系统的几何关系等参数.3 接收散射能量的分析从上一部分的结果可以看到,只要通信系统各参数和大气对光的消光与散射特性确定,就可以对系统进行计算分析了.光信号经光源发出后,在大气中经过大气分子和气溶胶的散射到达接收端.前者属于瑞利散射,而后者需用Mie散射理论处理.由于大气中的散射现象满足独立散射和非相干散射的条件[8],这两种散射可以分别进行处理,接收端总散射能量密度可表示成H R=H RR+H R M,(10)式中右边的第一项表示大气分子散射的贡献,第二项表示气溶胶散射的贡献.光信号在传输过程中受到的大气衰减可用消光系数来表示,消光系数可写为k e=k a+k sR+k sM,(11)式中k a表示大气吸收系数,k sR表示大气分子的瑞利散射系数,k sM表示气溶胶散射系数.非偏振光的瑞利散射相函数具有很简单的表达形式,可写为P R( s)=34(1+cos2 s).(12) 而Mie散射相函数却没有精确的解析解,这里拟采用Cornette等[9]提出的一种相函数表达式p M((,g)=321-g22+g21+(2(1+g2-2g()3/2,(13)式中(=cos s,g称为非对称因子,可表示为g=59(-43-2581(2x-1/3+x1/3,(14)式中 (表示散射角余弦的平均值,x可写为x=59(+125729(3+6427-325243(2+12502187(41/2,(15)非对称因子g表征了前向散射与后向散射的比例关系,当g∀0时(13)式就退化为瑞利散射相函数,随着g的增大前向散射将随之增强.图3为计算所得到的一些给定非对称因子的散射相函数.图3单次散射相函数F ig.3Sing le scattering phase functio n大气对光辐射的吸收和散射特性与辐射波长和天气状况(如霾、雾、雨等)密切相关,以中紫外波段日盲光谱区266nm的辐射波长为例进行分析,并设大气能见度为20km.根据文献数据报道,在此能见度1524中国激光 33卷下该波长的大气消光系数k e = 1.45 10-3m-1[10],瑞利散射系数k sR =0.257 10-3m -1[11].该波段的吸收主要是由近地面大气中少量臭氧引起的,取臭氧的体积分数为27 10-9[12],则吸收系数k a =图4接收端单次散射能量密度随收发仰角的变化F ig.4Evo lutio n o f r eceived sing le scattering energ ydensit ies v ersus tr ansmitter and receiver apex ang les for differ ent receiver half field o f view0.67 10-3m-1[13].由(11)式可得,k sM =0.523 10-3m -1.图4给出了对于不同的接收视场,接收端单次散射能量密度随发射和接收仰角(为简单起见,假定接收和发射仰角相等)变化的计算结果.计算中所取的参数为:r =500m,Q T =1m J, T =45#, ( =0.8.从图中可以看到,随着收发仰角的增大,接收到的散射能量逐渐减小,特别是当仰角等于接收视场半角的时候,散射能量开始显著减小.另外,仰角较小时,接收到的能量主要来自气溶胶的Mie 散射,这是由于此时散射角较小,Mie 前向散射很强的缘故.随着仰角的逐步增大,能够到达接收端的光能量主要来自后向散射,此时大气分子的瑞利散射能量就成为接收光能量的主要贡献.对比图4中不同接收视场的三种情况,发现增加接收视场可以增大接收的散射能量.对于实际的通信系统,通过增加接收视场来增大接收光能量的同时,也增大了由背景辐射所引起的系统噪声,这也正是选择日盲紫外光谱区作为光散射通信工作波长的原因.图5接收端单次散射能量密度随光源发散角的变化F ig.5Evo lutio n o f receiv ed single scatt ering energ ydensities ver sus diverg ence ang le of sour ce对于不同的应用场合,系统的收发仰角应当合理取值以建立合乎要求的非视线通信链路.这里就两种情况作为例子进行分析:1)仰角 T = R =90#,即发射和接收轴线互相平行,这种情况适用于短距离内分布式的非视线通信;2)仰角 T = R =45#,例如收发端之间存在障碍物时的点对点非视线通信.两种情况下的半视场角均取 R =22.5#,其余参数和大气传输特性参数与上述的取值相同,并在计算中令 T < T (非视线传输),计算结果分别如图5(a),(b)所示.在发射光信号能量不变的前提下,发散角增大将导致信号强度的降低,同时也会增大空间的有效散射体,前者导致散射能量密度减小,后者则导致散射能量密度增加,两者的综合作用决定了接收散射能量的变化.从图中可以看到,两种情况下接收的散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的,随着光源发散角的增大,无论接收散射能量增加还是减小,其变化幅度并不大.在设计实际系统时,当发射信号功率一定的情况下,光源的发散角要根据应用场合设计确定.152511期冯涛等:非视线光散射通信的大气传输模型4 结论研究了非视线光散射通信的大气传输模型,确定了系统接收端散射光能量密度与系统各参数和大气传输参数之间的联系,详细讨论了系统的收发仰角、接收视场和光源发散角对接收散射光能量的影响,对于实际系统的设计具有一定的指导意义,所提供的分析方法可用于评估实际通信系统的路径损耗和功率预算.散射光通信是靠接收大气分子和气溶胶对光信号的散射来工作的,大气状况会直接影响通信系统的性能,如大气能见度的降低会引起消光系数的增加从而限制系统的最大通信距离,因此进一步研究各种大气状况特别是低能见度时的系统工作特性是非常必要的.此外,在信号传送过程中存在多径传输现象,这就会导致光信号脉冲展宽,从而限制了系统的最大可用带宽.在今后的工作中将就上述问题进行更深入的研究.参考文献1 C hen Gang,Dong Zuoren,Geng J ianx in et al..155/622M b/sm ultiple transmitter laser communication s ystems[J].Chinese J.L aser s,2004,31(5):583~587陈刚,董作人,耿健新等.155/622M 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E.H olland.Th e optical scatter chan nel[J].Pr oc.I EEE,1970,58(10):1547~15634 R. D.Shute.Electrodeless ultraviolet com munications system[J].IE EE A erospac e and Elec tr onic S ystems M ag az ine,1995, 10(11):2~75 G. A.S haw,M.Nischan,M.Iyengar et al..NLOS U Vcomm unication for distributed sen sor systems[C].SP I E, 2000,4126:83~966 Sh engli Chan g,Jian kun Yang,Jun cai Yang et al..T heex perim ental r esear ch of U V commu nication[C].SPI E,2004, 5284:344~3487 M.R.Luettg en,J.H.Shapiro, D.M.Reilly.Non line ofsigh t single scatter propagation m odel[J].J.Op t.Soc.A m.A,1991,8(12):1964~19728 E.J.M cCartn ey.Trans lated by Pan Naixian,M ao Jietai e tal..Optics of the Atmosph ere[M].Beijing:Science Pr ess, 1988.25E.J.麦卡特尼著,潘乃先,毛节泰等译.大气光学[M].北京:科学出版社,1988.259 W.M.Cornette,J.G.Sh ank s.Phys ically r easonable an alyticex pres sion for the single scattering phase fun ction[J].App l.Opt.,1992,31(16):3152~316010 W. A.Baum,L.Dun kelm an.H orizontal atten uation ofultraviolet light by the low er atmosph ere[J].J.Op t.S oc.A m.,1955,45(3):166~17511 R.Penn dorf.Tables of the refractive index for standard air an dthe Rayleigh scatterin g coefficien t for the spectral region betw een0.2and20.0(m and their ap plication to atmosph eric optics[J].J.Op t.S oc.A m.,1957,47(2):176~18212 E.T rak hovsky.Ozone amount determined by transmittancemeas urem ents in the solar blind ultraviolet spectral region[J].Ap p l.Op t.,1985,24(21):3519~352213 Edw ard C.Y.Inn,Y.Tanaka.Absorption coefficient of ozonein the ultraviolet an d visible regions[J].J.Op t.S oc.A m., 1953,43(10):870~8731526中国激光 33卷。

大气散射模型的海上视频图像去雾技术

光学视觉系统具有频带宽、抗电磁干扰能力强等特点，可以直观、实时、全面地反映舰艇周围（特别是舰艇航行于狭窄水道、舰船密集海区等区域）的航行环境，对于舰艇航行安全可以起到重要的作用。然而，光学视觉系统对天气条件比较敏感，由于大气
ＷａｎｇＸｉａｏｔｏｎｇ，ＧｕｏＪｉａ。，ＪｉｎＸｉｎ，ＭａＹｕｅ
（１．ＤａｌｉａｎＮａｖａｌＡｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｔ９１５５０，Ｄａｌｉａｎｌ１６０２３，Ｃｈｉｎａ）

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐ，ｎａｖａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓｃａｔｔｅｒｍｏｄｅｌ；ｄｅｈａｚｉｎｇ；ｄｅｐｔｈ — ｏｆｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌ；ｄａｒｋｃｈａｎｎｅｌｐｒｉｏｒｉ
ａｓｉｎｇｌｅｆｒａｍｅｖｉｄｅｏｉｍａｇｅｄｅ－ｈａｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｔｈｅｄｅ — ｈａｚｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｄｅｇｒａｄｅｄｉｍａｇｅｓ，ｍａｒｉｔｉｍｅｏｒｏｖｅｒｇｒｏｕｎｄ．

大气散射模型的推导过程_人工智能

大气散射模型的推导过程_人工智能Abstract大气散射是理解大气中不同类型的光的行为的一种基本模型。

本文探讨了大气散射模型的推导过程，同时介绍了可以帮助估算大气散射强度的人工智能技术。

它们可以帮助我们准确估算大气散射系数，从而计算出散射强度。

1 Introduction大气散射是由空气中的悬浮颗粒对光的一种反射，准确地说，是由空气中的气体和悬浮微粒反射和透射光的过程。

它使得太阳落山时出现粉红色的景象，也使得当我们看到远处对象时，可以看到其轮廓。

因此，大气散射是理解大气中不同类型的光的行为的一种基本模型。

2 Atmospheric Scattering Model大气散射模型假设空气中有一些透明的悬浮微粒，它们会反射、折射和散射光，从而影响光的传播方向。

考虑到这些因素，大气散射模型由几个基本的方程式组成：（1）散射系数：散射系数是表示大气光透射度的参数，它用来估算每种波长的散射强度和角度分布情况；（2）反射率：反射率是一个表示大气中反射率的参数，它用来估算每种波长的反射强度和角度分布情况；（3）折射率：折射率是表示大气中折射率的参数，它用来估算每种波长的折射强度和角度分布情况；（4）衰减率：衰减率表示大气中光衰减率的参数，它用来估算每种波长的衰减率和角度分布情况。

3 Artificial Intelligence for Atmospheric Scattering为了更加精确估算大气散射强度，人工智能技术可以提供很大的帮助。

人工智能能够根据实时观测的大气状况，利用其各种工具模型，估算出大气散射系数，从而计算出散射强度。

例如，神经网络模型可以根据输入的大气参数，估算出大气散射系数。

在这种情况下，神经网络模型会模拟空气中的气体分布以及悬浮微粒的数量，以及它们对光的反射、折射和散射作用。

有了这些参数，神经网络模型就可以估算出当前大气中的散射系数。

另外，支持向量机（SVM）也可以用来估算大气散射系数以及计算散射强度。

大气散射模型下的图像增强算法研究

大气散射模型下的图像增强算法研究大气散射模型下的图像增强算法研究摘要：在自然环境中，由于大气散射的影响，图像存在着低对比度、模糊、抖动等问题，影响了图像的美观度和识别率。

传统的图像增强方法对于大气散射下的图像效果不佳，因此需要针对大气散射模型下的图像增强算法进行研究。

本文针对大气散射模型，从图像消融、反相变换、灰度变换、直方图均衡化等方面入手，提出了一系列针对大气散射下图像的增强算法，并在实验中与传统算法进行了对比，证明了本文提出的算法在大气散射模型下具有优越的增强效果。

关键词：大气散射模型；图像增强；消融；反相变换；灰度变换；直方图均衡化1.引言随着科技的发展，数字图像处理技术在各个领域中得到了广泛应用，其中图像增强技术是图像处理中最基础也最重要的一环。

然而，在自然环境中拍摄的图像，由于大气散射的影响，图像存在着低对比度、模糊、抖动等问题，影响了图像的美观度和识别率。

如何在大气散射的情况下对图像进行有效的增强，一直是图像处理研究者们的热点问题。

2.大气散射模型大气散射是指在大气中，光线与空气中的微粒发生相互作用后改变传播方向的现象。

大气散射模型是对大气散射过程及其影响的数学模型，可以模拟出大气散射对图像的影响。

其中较为常用的模型有Mie散射模型和Rayleigh散射模型。

3.图像增强算法在大气散射模型下的图像增强，需要选用具有强鲁棒性的算法。

本文分别从图像消融、反相变换、灰度变换和直方图均衡化四个方面入手，提出了一系列具有针对性的图像增强算法。

3.1 图像消融在大气散射的图像中，图像的细节会被模糊，可以利用图像消融算法将图像中的不需要的细节进行删除，使图像更加清晰。

具体算法流程为：1）设置一定的消融距离D2）对每个像素点，向其上下左右四个方向查找距离其D的像素点3）如果存在像素点的差值大于一定阈值，则将此像素点标记为需要消融的点4）将需要消融的点改为其周围像素点的平均值3.2 反相变换反相变换是将图像的灰度像素值取反的算法，可以将灰度值低的像素值变高，灰度值高的像素值变低。