[发明专利]基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法及装置

权利要求书

1.一种基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，包括以下步骤：

在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法；

在非均匀温度场内采用辐射传输追迹方法，使用辐射传输模型计算微元面的能束传输过程；

其中传统光线追迹与辐射传输追迹过程独立，每条光线的追迹过程独立，每个微元面的能束传输过程独立。

2.根据权利要求1所述的基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，所述在均匀温度场的元件范围内采用传统光线追迹方法包括：

在均匀温度场的元件范围内采用杂散光光线追迹蒙特卡罗方法进行仿真。

3.根据权利要求2所述的基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，所述在均匀温度场的元件范围内采用杂散光光线追迹蒙特卡罗方法进行仿真包括：

获取光线初始信息：从光源发出的光线起始坐标(x₀,y₀,z₀)、方向向量(l₀,m₀,n₀)、光线携带能量E₀、波长λ；

确定光线交点：找到与光线相交的第一个表面，若无交点，则此条光线停止追迹，若存在交点时，确定交点坐标(x₁,y₁,z₁)、法线方向向量(l_n1,m_n1,n_n1)，并获取该表面的光学属性；

出射光线方向：光线传递方向的空间分布有镜面反射、折射、散射；若光学表面为镜面反射或折射，通过反射或折射公式计算光线的出射方向及能量；若光学表面为镜面散射，通过双向反射分布函数BRDF分配出射方向与能量；

通过上述过程，完成一个表面的一次光线追迹，新生成的光线交点(x₁,y₁,z₁)、方向向量(l₁,m₁,n₁)、光线携带能量E₁即为下一步追迹的起始条件；在光线追迹过程中，每条光线均有上述计算过程组成。

4.根据权利要求3所述的基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，所述在均匀温度场的元件范围内采用杂散光光线追迹蒙特卡罗方法进行仿真还包括：

光线截止：光线追迹的终止条件为光线到达预设像面；光线能量小于阈值。

5.根据权利要求1所述的基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，所述在非均匀温度场内采用辐射传输追迹方法包括：

在温度非均匀的光学系统红外自身辐射仿真过程中，首先确定非均匀分布温度表面，在非均匀温度分布表面采用热辐射传输的蒙特卡罗方法进行仿真。

6.根据权利要求5所述的基于辐射传输模型的杂散辐射光线追迹方法，其特征在于，所述在非均匀温度分布表面采用热辐射传输的蒙特卡罗方法进行仿真包括：

网格划分：将光学系统各元件进行网格划分，划分为微面元和微体元；

微面元的辐射照度计算：取微元面内温度T_i和该元件的比辐射率ε，根据普朗克辐射定律计算得到该元件微元面在其使用波段上的辐射照度；

能束发射点模型：利用蒙特卡罗方法确定能束发射点的坐标(x_i,y_i,z_i)；

能束发射方向模型：利用蒙特卡罗方法确定能束发方向的俯仰角θ_i及方位角

辐射传输能量计算：利用能量传导理论计算发射微元面到接收微元面的光通量dφ_c；

通过上述过程，完成一个微元面到另一个微元面的辐射计算，通过逐次计算微元面的辐射传递因子B_ij、能束发射点交点(x_i,y_i,z_i)、能束发射方向最终通过计算得到各微元面到达探测器微元面的辐射传递因子B_ij进而计算得到温度梯度元件的辐照度。