(推荐)BRDF测量

1、(推荐)brdf测量1 概论2 国外双向反射分布函数研究概况3 国内双向反射分布函数研究概况4 尚待开展的研究内容和关键技术 表面辐射传递主要涉及两个方面：表面辐射传递主要涉及两个方面：v辐射传递系数辐射传递系数v双向光谱反射分布函数双向光谱反射分布函数1 概论 辐射传递系数与角系数不同，角系数辐射传递系数与角系数不同，角系数仅考虑了一次投射，且要求表面为漫发射。仅考虑了一次投射，且要求表面为漫发射。若考虑多次反射，需引入有效辐射概念。若考虑多次反射，需引入有效辐射概念。 实际工程中，常遇到复杂系统，需考实际工程中，常遇到复杂系统，需考虑多次反射。虑多次反射。1 概论 已知光谱双向反射分布函数

2、，可求出方向光谱发射率和方向光谱吸收率。因此，双向反射分布函数（brdf）是材料表面的重要参数，是航天遥感、地质测量、精密制导、目标仿真的基础。其测量技术是国际上近年来的研究热点。1 概论航天领域航天领域 光学表面污染检测光学表面污染检测 表面材料特性检测表面材料特性检测 外表面热控材料散射检测外表面热控材料散射检测材料的模拟和仿真材料的模拟和仿真 光学组件表面散射测量光学组件表面散射测量 特殊材料的表面散射测量特殊材料的表面散射测量地质学测量等地质学测量等1 概论 自1970年f.e. nicodemus 提出brdf的概念以来，各国学者在理论上、仪器设备研制的应用上进行了大量的研究。仅由e

3、i检索，从1980年起已有200多篇论文，其中仪器研制占10。 近年来空间材料brdf测试的迫切需求，从某种程度上促进了brdf测试技术的飞速发展。2 国外双向反射分布函数研究概况1 optical science center, university of arizona （美国亚利桑那大学）2 tma technology inc., bozeman, montana3 lockheed missile & space company4 hughes aircraft company space and communications group2 2 地质勘测中心2 v1977年年

4、scheele【单位【单位4】研制了测量透研制了测量透明材料的三色测量仪，采用四种波长的激明材料的三色测量仪，采用四种波长的激光源（光源（0.6328，3.39，1.06，10.6m），测），测量了量了20种材料的前后散射。种材料的前后散射。v1979年年kale【单位【单位8】在在108 托，托，77k真真空环境和低温环境下，测量了镜反射方向空环境和低温环境下，测量了镜反射方向60范围内，太空环境下光学系统表面范围内，太空环境下光学系统表面brdf，考察了光学表面的污染情况。，考察了光学表面的污染情况。2 v1980年年brooks 和和wolfe【单位【单位1】选选择择6种波长的激光源，特

5、别是用种波长的激光源，特别是用co2远红外远红外波导激光器实现了波导激光器实现了41.7和和118.8m远红外波远红外波段的测量。段的测量。v杂散光问题是限制最小测量角度的最主要杂散光问题是限制最小测量角度的最主要因素，因素，1986年年lee【单位【单位8】讨论了在小角讨论了在小角度度brdf/btdf测量中杂散光的分析和压测量中杂散光的分析和压缩问题。缩问题。2 v1986年年davis【单位【单位3】采用采用1000瓦高压有瓦高压有弧氙灯为光源。弧氙灯为光源。v1990年年folkman【单位【单位5】研制了空间研制了空间光学表面散射和污染程度的测量装置。该光学表面散射和污染程度的测量装

6、置。该装置在室温离线，低温真空在线下可测装置在室温离线，低温真空在线下可测brdf、btdf（透射率）。光源包括：（透射率）。光源包括：ar离子、离子、hene、na、yag和和co2激光器，覆激光器，覆盖波长盖波长0.35110.6m。试样温度可在。试样温度可在20k373k变化。变化。2 v1990年年cady【单位【单位2】等研制了多通道三等研制了多通道三维散射仪。光源由维散射仪。光源由5个波长的激光器组成，个波长的激光器组成，采用球面反射系统；对全部入射光偏振的采用球面反射系统；对全部入射光偏振的控制和使用潜望反射镜使小角度测量成为控制和使用潜望反射镜使小角度测量成为可能；转角机构可能

7、；转角机构0.02；重复性和线性度；重复性和线性度为为1%。v1991年年miettinen 【单位【单位7】采用可见光采用可见光光学散射测量系统，对铜及钢等板材表面光学散射测量系统，对铜及钢等板材表面进行了进行了brdf 测量。测量。2 v1991年年drolen【单位【单位4】用用7种激光作为种激光作为光源，对光源，对12种航天热控材料表面的种航天热控材料表面的brdf进行了测量。针对镜、漫混合反射模型，进行了测量。针对镜、漫混合反射模型，提出了一种由提出了一种由brdf计算镜反射率的方法。计算镜反射率的方法。v1993年年schiff 等等【单位【单位2、9】研制了从研制了从紫外到红外波

8、段的高精度散射测量仪。用紫外到红外波段的高精度散射测量仪。用于大气臭氧及航天飞机测试标定标准的于大气臭氧及航天飞机测试标定标准的brdf测量。测量。2 v1995年年descloitres【单位【单位6】介绍了由介绍了由ccd相机构成的具有相机构成的具有9个光谱和偏振滤光个光谱和偏振滤光片的云反射测量。片的云反射测量。v1996年年sheppard【单位【单位12】介绍了粗糙介绍了粗糙表面表面brdf简化表示方法。简化表示方法。v1999年年becker【单位【单位11】通过分析其通过分析其brdf数据，描述和估计了数据，描述和估计了lcd器件的可器件的可视特性。视特性。2 v1999年年sa

9、toshi【单位【单位10】等用光谱辐射等用光谱辐射计和计和ccd数码相机设计了在线测量大地表数码相机设计了在线测量大地表面面brdf的装置，该装置对的装置，该装置对brdf的空间不的空间不稳定性进行了矫正稳定性进行了矫正v2000年年diez【单位【单位13】介绍了用于介绍了用于hifi 亚毫米吸收度层的亚毫米吸收度层的brdf测量。测量波长测量。测量波长为：为：96.5m，118.8m，184.3m，496m，889m。3 国内双向反射分布函数研究概况 国内的研究比较落后，只在可见光的某个波长下，设计了测试装置。 中国科学院地理科学与资源研究所拥有测定太阳反射辐射的双向反射分布函数的成套自

10、动化装置。 3 国内双向反射分布函数研究概况v1996年魏庆农年魏庆农【中科院安徽光机所】【中科院安徽光机所】采用采用he-ne激光器，波长为激光器，波长为0.633m，接收器，接收器为光电倍增管。测量时探测器的观察方向为光电倍增管。测量时探测器的观察方向不变，不变，3个电机带动样品和光源转动来实现个电机带动样品和光源转动来实现半球空间内的半球空间内的brdf测量。电机的转动精测量。电机的转动精度由码盘控制，其精度可达到度由码盘控制，其精度可达到0.1。3 国内双向反射分布函数研究概况v1996年吴振森、魏庆农年吴振森、魏庆农【西安电子科技大【西安电子科技大学、中科院安光所】学、中科院安光所】

11、等讨论了不同表面的等讨论了不同表面的激光激光brdf测量实验。测量实验。v2000年唐玉国等人年唐玉国等人【中科院长春光机所】，【中科院长春光机所】，在紫外波段，建立了由紫外光源、光谱仪、在紫外波段，建立了由紫外光源、光谱仪、反射率计及电子计算机组成的变角测试系反射率计及电子计算机组成的变角测试系统。利用该系统进行漫反射余弦特性、双统。利用该系统进行漫反射余弦特性、双向反射分布函数测试。向反射分布函数测试。3 国内双向反射分布函数研究概况v哈工大工程热物理研究室已建立了双向哈工大工程热物理研究室已建立了双向反射分布函数测试，采用反射分布函数测试，采用4种波长的激光种波长的激光源（源（0.632

12、8，1.15，3.39，10.6），覆盖），覆盖波长波长0.6310.6m。双向反射率测试台双向反射率测试台双向反射率测试台双向反射率测试台3 国内双向反射分布函数研究概况 综上所述，目前国内外测试装置：综上所述，目前国内外测试装置：v主要对常温和低温下物体的主要对常温和低温下物体的brdf进行测进行测量，与实际应用有较大差异。如弹道导弹量，与实际应用有较大差异。如弹道导弹飞行中段表面温度为飞行中段表面温度为400500k；空间卫星；空间卫星向阳面温度也在向阳面温度也在400600k。v主要用激光作光源，主要用激光作光源，brdf数据只是几个数据只是几个波长的数据波长的数据。这对于红外探测、红

13、外仿真、。这对于红外探测、红外仿真、红外遥感、目标识别、空间系统的方案论红外遥感、目标识别、空间系统的方案论证和设计等是远远不够的。证和设计等是远远不够的。v整体上分：在线测量和实验室测量两大整体上分：在线测量和实验室测量两大类类v在线测量以卫星测量为主，标定测量为在线测量以卫星测量为主，标定测量为辅，卫星测量以辅，卫星测量以ccd相机为主要探测器相机为主要探测器v实验室测量大都采用单探测器，由角度实验室测量大都采用单探测器，由角度扫描机构实现半球空间内的测量。扫描机构实现半球空间内的测量。v一般来说，实验室测量装置，由以下三一般来说，实验室测量装置，由以下三大部分来实现：大部分来实现：v光源系统光源系统v转角系统转角系统v探测与控制系统探测与控制系统v高温下材料表面高温下材料表面brdf测试理论研究；测试理论研究；v高温试样加热技术研究，高温试样加热技术研究，对一薄片加热，对一薄片加热，在在1000左右，要保持较好的温度均匀性左右，要保持较好的温度均匀性很难；很难；