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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(shù)測(cè)量系統(tǒng)

  • 產(chǎn)品型號(hào):BRDF光譜儀
  • 更新時(shí)間:2024-08-12

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

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

                                     BRDF雙向反射分布函數(shù)測(cè)量?jī)x

                                                               

雙向反射分布函數(shù)測(cè)量?jī)x(BRDF

技術(shù)方案書

一、測(cè)量原理

1、雙向反射分布函數(shù)定義

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


雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

(1)式中:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為入射光的入射角和方位角,雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為反射光的反射角和方位角,雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)是面元雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)照射后在(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng))方向上的輻照度,單位為雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)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(shù)測(cè)量系統(tǒng)。則雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的單位為雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的物理意義是沿著方向(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng))出射的輻照度與方向雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)入射在被測(cè)表面產(chǎn)生的輻照度之比。雙向反射分布函數(shù)是入射角(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)),反射角(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng))、波長(zhǎng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的函數(shù)。


雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

1 光反射幾何圖


2、雙向透射分布函數(shù)定義

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

雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

(2)式中:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為入射光的入射角和方位角,雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為反射光的反射角和方位角,雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)是面元雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)照射后在雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)方向上的輻照度,單位為雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)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(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的單位為雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的物理意義是沿著方向(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)出射的輻照度與方向雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)入射在被測(cè)表面產(chǎn)生的輻照度之比。雙向反射分布函數(shù)是入射角雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng))、反射角(雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng))、波長(zhǎng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的函數(shù)。

雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)


2 光透射幾何圖


二、測(cè)量方案

根據(jù)雙向反射/透射分布函數(shù)的定義,BRDF測(cè)量方法是分別測(cè)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(duì)反射率測(cè)量方法

雙向反射分布函數(shù)的測(cè)量平臺(tái)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(cè)試材料樣片放置在樣品臺(tái)上,通過懸臂梁的圓周運(yùn)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測(cè)條件。整個(gè)過程在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理。

整個(gè)測(cè)量設(shè)備包括照明系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)、測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。在測(cè)量過程中,通過接口軟件將輻射測(cè)量軟件和測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)的控制軟件整合在一起,通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)的整個(gè)測(cè)量過程,使得實(shí)驗(yàn)操作起來簡(jiǎn)便、快速、省時(shí)。同時(shí),研制數(shù)據(jù)采集軟件,實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并輸出結(jié)果。

雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

3 BRDF測(cè)量平臺(tái)

1、 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)支架采用鋁合金型材搭建,外表美觀,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2、 光源及探測(cè)器支架采用噴涂低反射比鋁合金制成,探測(cè)器以導(dǎo)軌做導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)角度范圍的測(cè)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(cè)部分原則上均通過光纖引出和引入。

3、光源安裝在外弓上,直徑可選,可以一個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)。探測(cè)器安裝在內(nèi)弓上,可以2個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)。樣品安裝在底座旋轉(zhuǎn)臺(tái)上,可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)。通過組合可以實(shí)現(xiàn)BRDF所有條件的測(cè)量。

4、樣品臺(tái)固定,不跟隨旋轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)照明角度和探測(cè)角度的任意調(diào)整。

5、 電腦軟件操作控制系統(tǒng)電機(jī)移動(dòng)(在一臺(tái)電腦上的一個(gè)軟件中,調(diào)節(jié)方便),實(shí)現(xiàn)精確的點(diǎn)位控制,最小角度分辨率0.1-0.5°,角度調(diào)節(jié)速度可控。

三、指標(biāo)要求

BRDF測(cè)量?jī)x技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量光譜參數(shù)


光譜范圍

可見光近紅外:380nm~1100nm

光譜分辨率

可見光通道分辨率為2.5nm,近紅外通道可擴(kuò)展)



照明光源

調(diào)整

照明范圍

動(dòng)調(diào)整:天頂角:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

方位角相對(duì)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(shù)測(cè)量系統(tǒng)

光譜解析度

寬光譜輸出, 可配置濾光片調(diào)節(jié)輸出

照明光源型號(hào)

高功率鹵素?zé)?/span>(Halogen)LDLS激光等離子體光源

物體上被照明區(qū)域的大小

調(diào)整,范圍從10 mm20 mm直徑





反射觀測(cè)

調(diào)整


觀測(cè)范圍

動(dòng)調(diào)整:

天頂角雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

90°附近有10-15°左右觀測(cè)死角);

方位角:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)


角解析度

0.3-0.50

定位精度

±0.3-0.50

透射觀測(cè)

調(diào)整(本方案不包含

觀測(cè)范圍

動(dòng)調(diào)整:

天頂角:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

方位角:雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

角解析度

0.30

定位精度

±0.30

探測(cè)器及

光譜儀

光譜儀主機(jī)型號(hào)

AvaSpec- NIR256-2.5-HSC

AvaSpec- HERO

光譜儀附件

見附表

探測(cè)器光譜范圍

雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

光譜解析度

2.5nm@200-1100nm

16nm@1100-2500nm

測(cè)量精度

10%

雜散光

1%

觀測(cè)角度

0.5°

光源角度

0.5°


四、雙向反射分布函數(shù)測(cè)量?jī)x操作軟件

1. 該軟件主要功能包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制、光譜儀控制、手動(dòng)/全自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集保存。

運(yùn)動(dòng)平臺(tái)共有四個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度:旋轉(zhuǎn)臺(tái)(方位0~360°)、照明臂(俯仰0~90°)、反射測(cè)量臂(俯仰0~90°)和透射測(cè)量臂(60°~90°),對(duì)應(yīng)1~4軸號(hào)(注:本方案中沒有透射測(cè)量臂)。通過該軟件能控制這四個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù),如移動(dòng)到目標(biāo)角度、置零、回原點(diǎn)、停止等,并能顯示當(dāng)前狀態(tài),如當(dāng)前角度等,如下圖所示


雙向反射分布函數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

1. 光譜儀控制:

1)顯示已連接的光譜儀通道,可設(shè)置測(cè)量光譜間隔。

2)選擇測(cè)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(rèn)的測(cè)量參數(shù),并可對(duì)“平滑像素"、“平均次數(shù)"、“積分時(shí)間"等參數(shù)進(jìn)行更改。

4)在幅度模式下,在點(diǎn)擊“開始測(cè)量"按鈕得到光譜后,通過點(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:通過軟件設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的角度位置和光譜儀參數(shù),點(diǎn)擊“手動(dòng)測(cè)量"可采集一次反射/投射數(shù)據(jù)。

3. 全自動(dòng)采集:該軟件能控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和光譜儀協(xié)同工作,以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)反射數(shù)據(jù)采集。

(1) 設(shè)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案

①、設(shè)定旋轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整角度范圍(起始角度和終止角度)、步進(jìn)角度;

②、設(shè)定照明臂調(diào)整角度范圍(起始角度和終止角度)、步進(jìn)角度;

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

注:調(diào)整角度范圍應(yīng)是步進(jìn)角度的整數(shù)倍;在一個(gè)測(cè)量方案中,旋轉(zhuǎn)臺(tái)、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(shè)成某一相同值即可。

(2) 設(shè)定光譜儀參數(shù)

(3) 點(diǎn)擊“全自動(dòng)測(cè)量",運(yùn)動(dòng)平臺(tái)各軸跑到起始角度,然后按照先進(jìn)行三級(jí)掃描——反射/透射臂(探測(cè)臂俯仰角)掃描,再進(jìn)行二級(jí)掃描——旋轉(zhuǎn)臺(tái)(探測(cè)方位角)掃描,最后進(jìn)行一級(jí)掃描——照明臂掃描的順序運(yùn)動(dòng)。

(4) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)每跑到一個(gè)位置,需穩(wěn)定一段時(shí)間,然后光譜儀再進(jìn)行測(cè)量采集。

4. 數(shù)據(jù)保存

光譜儀的每一次測(cè)量都輸出的一組數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)為兩列,第一列是波長(zhǎng),第二列是與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的反射/透射比。該數(shù)據(jù)保存為txt文件,文件名中包含測(cè)量序號(hào)以及三個(gè)角度信息如:“2.12.128_照明臂角度_探測(cè)臂方位角度_探測(cè)臂俯仰角度.txt"。其中,測(cè)量序號(hào)的格式為“一級(jí)掃描序號(hào).二級(jí)掃描序號(hào).三級(jí)掃描序號(hào)",例如“2.12.128"的含義為照明臂第2個(gè)掃描位置. 旋轉(zhuǎn)臺(tái)第12個(gè)掃描位置. 探測(cè)臂第128個(gè)掃描位置。

五、功能與配置

1. 功能

各種材料可見光至近紅外雙向反射分布函數(shù)(雙向透射分布函數(shù))的自動(dòng)測(cè)量。

2. 配置

(1) 光譜儀:通道

(2) 測(cè)量平臺(tái):三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度

(3) 測(cè)量?jī)x與轉(zhuǎn)臺(tái)的接口軟件;

(4) 光譜測(cè)量軟件;

(5) 控制/測(cè)量計(jì)算機(jī)(為了便于測(cè)量,需配置1臺(tái)高性能筆記本電腦,用于測(cè)量數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ))







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