基于多视角偏振散射的云层 tomography 及液滴尺寸反演
计算物理
2020-05-26 v1 计算机视觉与模式识别
摘要
层析成像（tomography）旨在恢复介质或物体的三维（3D）密度图。在医学成像中，它被广泛用于通过X射线计算机断层扫描（CT）进行诊断。光学扩散层析成像是X射线CT的一种替代方法，利用多次散射光为软组织提供粗略的密度图。我们定义并推导了通过被动遥感进行的云滴分布层析成像。我们使用多视角偏振图像来拟合一个3D偏振辐射传输（RT）正演模型。我们的动机是对垂直发展、对流驱动的云进行3D体积探测，而这类云在当前业务化被动遥感方法中得不到良好服务。这些技术基于严格的1D RT建模并应用于单个有云像素，其中云几何被假定为平面平行板。入射的非偏振太阳光一旦被云滴散射，会根据液滴尺寸改变其偏振态。因此，彩虹和宝光角区域的偏振测量可用于推断液滴尺寸分布。本工作定义并推导了一个针对云滴的完整3D层析框架，涵盖其在空间中的质量浓度以及跨尺寸范围的分布。我们对关键微物理属性的这一3D反演之所以可行，得益于我们的新方法：重构并微分一个开源偏振3D RT代码以适配一种特殊的两步优化技术。具有物理真实性的合成云被用于演示该方法论，并附有严格的不确定性量化。
引用
@article{arxiv.2005.11423,
title = {Multi-view polarimetric scattering cloud tomography and retrieval of droplet size},
author = {Aviad Levis and Yoav Y. Schechner and Anthony B. Davis and Jesse Loveridge},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.11423},
year = {2020}
}