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北京創(chuàng  )譜科技有限公司

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雙向反射分布函數測量系統

  • 產(chǎn)品型號:BRDF光譜儀
  • 更新時(shí)間:2024-07-15

簡(jiǎn)要描述:雙向反射分布函數(Bidirectional Reflectance Distribution Function)表示了不同入射角條件下物體表面在任意觀(guān)測角的反射特性,我們的產(chǎn)品BRDF雙向反射分布函數測量?jì)x可以滿(mǎn)足要求。

產(chǎn)品詳情
品牌創(chuàng )譜科技雜散光≤1%
價(jià)格區間面議光譜范圍近紅外
按探測器CCD應用領(lǐng)域環(huán)保,生物產(chǎn)業(yè),農業(yè),能源,綜合

                                     BRDF雙向反射分布函數測量?jì)x

                                                               

雙向反射分布函數測量?jì)x(BRDF

技術(shù)方案書(shū)

一、測量原理

1、雙向反射分布函數定義

雙向反射分布函數(Bidirectional Reflectance Distribution Function)表示了不同入射角條件下物體表面在任意觀(guān)測角的反射特性,如圖1所示。雙向反射分布函數是光輻射的反射輻亮度和入射輻照度的比值。其數學(xué)表達式為


雙向反射分布函數測量系統

(1)式中:雙向反射分布函數測量系統為入射光的入射角和方位角,雙向反射分布函數測量系統為反射光的反射角和方位角,雙向反射分布函數測量系統是面元雙向反射分布函數測量系統經(jīng)照射后在(雙向反射分布函數測量系統)方向上的輻照度,單位為雙向反射分布函數測量系統,雙向反射分布函數測量系統雙向反射分布函數測量系統方向上入射光產(chǎn)生的表面輻照度,單位為雙向反射分布函數測量系統。則雙向反射分布函數測量系統的單位為雙向反射分布函數測量系統。雙向反射分布函數測量系統的物理意義是沿著(zhù)方向(雙向反射分布函數測量系統)出射的輻照度與方向雙向反射分布函數測量系統入射在被測表面產(chǎn)生的輻照度之比。雙向反射分布函數是入射角(雙向反射分布函數測量系統),反射角(雙向反射分布函數測量系統)、波長(cháng)雙向反射分布函數測量系統的函數。


雙向反射分布函數測量系統

1 光反射幾何圖


2、雙向透射分布函數定義

雙向透射分布函數(Bidirectional Transmittance Distribution Function)表示了不同入射角條件下物體表面在任意觀(guān)測角的透射特性,如圖2所示。雙向透射分布函數是光輻射的透射輻亮度和入射輻照度的比值。其數學(xué)表達式為

雙向反射分布函數測量系統

(2)式中:雙向反射分布函數測量系統為入射光的入射角和方位角,雙向反射分布函數測量系統為反射光的反射角和方位角,雙向反射分布函數測量系統是面元雙向反射分布函數測量系統經(jīng)照射后在雙向反射分布函數測量系統方向上的輻照度,單位為雙向反射分布函數測量系統,雙向反射分布函數測量系統雙向反射分布函數測量系統方向上入射光產(chǎn)生的表面輻照度,單位為雙向反射分布函數測量系統。雙向反射分布函數測量系統的單位為雙向反射分布函數測量系統。雙向反射分布函數測量系統的物理意義是沿著(zhù)方向(雙向反射分布函數測量系統出射的輻照度與方向雙向反射分布函數測量系統入射在被測表面產(chǎn)生的輻照度之比。雙向反射分布函數是入射角雙向反射分布函數測量系統)、反射角(雙向反射分布函數測量系統)、波長(cháng)雙向反射分布函數測量系統的函數。

雙向反射分布函數測量系統


2 光透射幾何圖


二、測量方案

根據雙向反射/透射分布函數的定義,BRDF測量方法是分別測出入射光譜輻照度和反射光譜輻亮度,兩者之比即為BRDF。

注:本方案中采用相對反射率測量方法

雙向反射分布函數的測量平臺如圖3所示。照明光纖探頭和接收光纖探頭分別固定在帶滑軌的懸臂梁上,測試材料樣片放置在樣品臺上,通過(guò)懸臂梁的圓周運動(dòng)以及照明和接收光纖探頭在懸臂梁上的滑動(dòng)獲得不同的光照與觀(guān)測條件。整個(gè)過(guò)程在計算機的控制下實(shí)現數據的自動(dòng)采集與處理。

整個(gè)測量設備包括照明系統、探測系統、測量機械系統和數據處理系統。在測量過(guò)程中,通過(guò)接口軟件將輻射測量軟件和測量機械系統的控制軟件整合在一起,通過(guò)計算機自動(dòng)控制實(shí)驗的整個(gè)測量過(guò)程,使得實(shí)驗操作起來(lái)簡(jiǎn)便、快速、省時(shí)。同時(shí),研制數據采集軟件,實(shí)時(shí)進(jìn)行數據采集并輸出結果。

雙向反射分布函數測量系統

3 BRDF測量平臺

1、 系統整體結構支架采用鋁合金型材搭建,外表美觀(guān),結構穩定。

2、 光源及探測器支架采用噴涂低反射比鋁合金制成,探測器以導軌做導向實(shí)現角度范圍的測量;探頭部分光纖連接,光纖有最小彎折半徑要求,入射光源與探測部分原則上均通過(guò)光纖引出和引入。

3、光源安裝在外弓上,直徑可選,可以一個(gè)自由度旋轉。探測器安裝在內弓上,可以2個(gè)自由度旋轉。樣品安裝在底座旋轉臺上,可以實(shí)現一個(gè)自由度旋轉。通過(guò)組合可以實(shí)現BRDF所有條件的測量。

4、樣品臺固定,不跟隨旋轉臺一起轉動(dòng),從而實(shí)現照明角度和探測角度的任意調整。

5、 電腦軟件操作控制系統電機移動(dòng)(在一臺電腦上的一個(gè)軟件中,調節方便),實(shí)現精確的點(diǎn)位控制,最小角度分辨率0.1-0.5°,角度調節速度可控。

三、指標要求

BRDF測量?jì)x技術(shù)指標

測量光譜參數


光譜范圍

可見(jiàn)光近紅外:380nm~1100nm

光譜分辨率

可見(jiàn)光通道分辨率為2.5nm,近紅外通道可擴展)



照明光源

調整

照明范圍

動(dòng)調整:天頂角:雙向反射分布函數測量系統雙向反射分布函數測量系統

方位角相對于樣品固定。

角解析度

天頂角0.10

定位精度

天頂角±0.10

光源光譜范圍

雙向反射分布函數測量系統

光譜解析度

寬光譜輸出, 可配置濾光片調節輸出

照明光源型號

高功率鹵素燈(Halogen)LDLS激光等離子體光源

物體上被照明區域的大小

調整,范圍從10 mm20 mm直徑





反射觀(guān)測

調整


觀(guān)測范圍

動(dòng)調整:

天頂角雙向反射分布函數測量系統

90°附近有10-15°左右觀(guān)測死角);

方位角:雙向反射分布函數測量系統


角解析度

0.3-0.50

定位精度

±0.3-0.50

透射觀(guān)測

調整(本方案不包含

觀(guān)測范圍

動(dòng)調整:

天頂角:雙向反射分布函數測量系統

方位角:雙向反射分布函數測量系統

角解析度

0.30

定位精度

±0.30

探測器及

光譜儀

光譜儀主機型號

AvaSpec- NIR256-2.5-HSC

AvaSpec- HERO

光譜儀附件

見(jiàn)附表

探測器光譜范圍

雙向反射分布函數測量系統

光譜解析度

2.5nm@200-1100nm

16nm@1100-2500nm

測量精度

10%

雜散光

1%

觀(guān)測角度

0.5°

光源角度

0.5°


四、雙向反射分布函數測量?jì)x操作軟件

1. 該軟件主要功能包括運動(dòng)平臺控制、光譜儀控制、手動(dòng)/全自動(dòng)測量、數據采集保存。

運動(dòng)平臺共有四個(gè)旋轉自由度:旋轉臺(方位0~360°)、照明臂(俯仰0~90°)、反射測量臂(俯仰0~90°)和透射測量臂(60°~90°),對應1~4軸號(注:本方案中沒(méi)有透射測量臂)。通過(guò)該軟件能控制這四個(gè)軸的運動(dòng)參數,如移動(dòng)到目標角度、置零、回原點(diǎn)、停止等,并能顯示當前狀態(tài),如當前角度等,如下圖所示


雙向反射分布函數測量系統

1. 光譜儀控制:

1)顯示已連接的光譜儀通道,可設置測量光譜間隔。

2)選擇測量模式為幅度模式或反射/透射模式。在選擇反射/透射模式前需進(jìn)行存白、存黑操作。

3)顯示光譜儀默認的測量參數,并可對“平滑像素"、“平均次數"、“積分時(shí)間"等參數進(jìn)行更改。

4)在幅度模式下,在點(diǎn)擊“開(kāi)始測量"按鈕得到光譜后,通過(guò)點(diǎn)擊“存白"按鈕保存參考,點(diǎn)擊“存黑"按鈕保存暗背景。

2. 手動(dòng)采集:通過(guò)軟件設置運動(dòng)平臺的角度位置和光譜儀參數,點(diǎn)擊“手動(dòng)測量"可采集一次反射/投射數據。

3. 全自動(dòng)采集:該軟件能控制運動(dòng)平臺和光譜儀協(xié)同工作,以實(shí)現全自動(dòng)反射數據采集。

(1) 設定平臺運動(dòng)方案

①、設定旋轉臺調整角度范圍(起始角度和終止角度)、步進(jìn)角度;

②、設定照明臂調整角度范圍(起始角度和終止角度)、步進(jìn)角度;

③、設定反射/透射臂調整角度范圍(起始角度和終止角度)、步進(jìn)角度;

注:調整角度范圍應是步進(jìn)角度的整數倍;在一個(gè)測量方案中,旋轉臺、照明臂、反射/透射臂的角度可以是固定在某個(gè)角度,將該軸的起始角度和終止角度設成某一相同值即可。

(2) 設定光譜儀參數

(3) 點(diǎn)擊“全自動(dòng)測量",運動(dòng)平臺各軸跑到起始角度,然后按照先進(jìn)行三級掃描——反射/透射臂(探測臂俯仰角)掃描,再進(jìn)行二級掃描——旋轉臺(探測方位角)掃描,最后進(jìn)行一級掃描——照明臂掃描的順序運動(dòng)。

(4) 運動(dòng)平臺每跑到一個(gè)位置,需穩定一段時(shí)間,然后光譜儀再進(jìn)行測量采集。

4. 數據保存

光譜儀的每一次測量都輸出的一組數據,該數據為兩列,第一列是波長(cháng),第二列是與波長(cháng)對應的反射/透射比。該數據保存為txt文件,文件名中包含測量序號以及三個(gè)角度信息如:“2.12.128_照明臂角度_探測臂方位角度_探測臂俯仰角度.txt"。其中,測量序號的格式為“一級掃描序號.二級掃描序號.三級掃描序號",例如“2.12.128"的含義為照明臂第2個(gè)掃描位置. 旋轉臺第12個(gè)掃描位置. 探測臂第128個(gè)掃描位置。

五、功能與配置

1. 功能

各種材料可見(jiàn)光至近紅外雙向反射分布函數(雙向透射分布函數)的自動(dòng)測量。

2. 配置

(1) 光譜儀:通道

(2) 測量平臺:三個(gè)旋轉自由度

(3) 測量?jì)x與轉臺的接口軟件;

(4) 光譜測量軟件;

(5) 控制/測量計算機(為了便于測量,需配置1臺高性能筆記本電腦,用于測量數據的采集與存儲)







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