一種Spectralon漫反射板校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)性質(zhì)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種Spectralon漫反射板校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在采集平面樣品的BDRF光學(xué)特性時(shí)，入射輻射亮度值難以測定，需要用標(biāo)準(zhǔn)板代 替。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)板的選擇有以下四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：
[0003] 1)用于檢測輻射度的漫反射標(biāo)準(zhǔn)板，其自身的BRDF特性需要已知；
[0004] 2)標(biāo)準(zhǔn)板應(yīng)具有良好的近似Lambertian特性、高反射值；
[0005] 3)當(dāng)做參比測量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)板的大小應(yīng)能被探測器的視場角（Field of View, F0V) 覆蓋；
[0006] 4)需保證在測量過程中標(biāo)準(zhǔn)板的BRDF值穩(wěn)定。
[0007] Spectralon漫反射板（Spectralon漫反射板）化學(xué)成分為燒結(jié)的聚四氟乙稀，當(dāng) 光源接近0°天頂角入射，VIS，NIR波段范圍光譜波動(dòng)小，同時(shí)還具有可加工、防風(fēng)雨、可清 洗的優(yōu)勢。
[0008] 目前，已有針對(duì)室外測量標(biāo)準(zhǔn)板通用校正方法（Jackson, 1992 ;Bruegge，2001) 〇 實(shí)驗(yàn)對(duì)比了 11種材質(zhì)相似的Spectralon漫反射板和16種BaSCVfe。結(jié)果表明，11種 Spectralon漫反射板在定向/半球，定向/定向有著較小的差異，對(duì)Spectralon漫反射板 提出了通用的方程，而BaSO 4板由于實(shí)驗(yàn)過程中差異較大，通用方程并不適用。在室外試驗(yàn) 中，用Spectralon漫反射板代替試驗(yàn)中需要測量的定向/半球反射率所得結(jié)果更優(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明以二向反射分布函數(shù)（BRDF)推導(dǎo)出適用于實(shí)驗(yàn)室測量平面樣品反射特性 的Spectralon漫反射板校正方法，用Spectralon漫反射板已知的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，并提出了 在探測器接收天頂角方位通用的表達(dá)式，為后續(xù)試驗(yàn)過程縮短了時(shí)間。
[0010] 本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
[0011] -種Spectralon漫反射板校正方法，包括以下步驟：
[0012] 1)光源從不同天頂角照射Spectralon漫反射板，利用光譜儀從不同天頂角和方 位角采集相應(yīng)的反射光譜數(shù)據(jù)；
[0013] 2)從所述反射光譜數(shù)據(jù)內(nèi)截取有效波段范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，并求平均值，剔除差 異相對(duì)較大的光譜數(shù)據(jù)；
[0014] 3)對(duì)剩余的光譜數(shù)據(jù)求殘差平方和Rss，確定最穩(wěn)定的探測器接受天頂角θ 的值，并建立任意探測器接受天頂角吣與Θ 的關(guān)系表達(dá)式；
[0015] 4)將關(guān)系表達(dá)式代入Spectralon漫反射板的BRDF表達(dá)式，完成Spectralon漫反 射板校正。
[0016] 進(jìn)行反射光譜數(shù)據(jù)采集時(shí)，控制光源的方位角為0°，天頂角依次設(shè)置為0°、 10°、30°和45°，利用探測器在光源各天頂角處進(jìn)行逐一采集，天頂角從0°~70°每隔 10°采集，方位角從0°~360°每隔10°采集。
[0017] 為消除環(huán)境光對(duì)測量數(shù)據(jù)的影響，需要關(guān)閉光源，控制探測器再次以同等的天頂 角和方位角采集相應(yīng)的環(huán)境光譜數(shù)據(jù)，并將光源下采集的原始光源數(shù)據(jù)與環(huán)境光譜數(shù)據(jù)做 差值處理，得到步驟1)中的反射光譜數(shù)據(jù)。
[0018] 在步驟2)中，根據(jù)儀器性能及實(shí)驗(yàn)研宄內(nèi)容，選擇合適波段范圍的光譜數(shù)據(jù)，作 為所述有效波段范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，通常選擇的有效波段范圍為可見光和近紅外光波段。
[0019] 在步驟2)中，根據(jù)探測器天頂角的采集間隔對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，計(jì)算每組數(shù)據(jù) 的平均值，并對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行二次剔除處理。
[0020] 所述的二次剔除處理為：利用公式（1)對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行初步剔除，剩余的光譜數(shù) 據(jù)求平均值，再利用公式（2)對(duì)剩余的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行再次剔除處理；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 光源從不同天頂角照射Spectralon漫反射板，利用光譜儀從不同天頂角和方位角 采集相應(yīng)的反射光譜數(shù)據(jù)； 2) 從所述反射光譜數(shù)據(jù)內(nèi)截取有效波段范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，并求平均值，剔除差異相 對(duì)較大的光譜數(shù)據(jù)； 3) 對(duì)剩余的光譜數(shù)據(jù)求殘差平方和Rss，確定最穩(wěn)定的探測器接受天頂角0^^_的 值，并建立任意探測器接受天頂角吣與9 的關(guān)系表達(dá)式； 4) 將關(guān)系表達(dá)式代入Spectralon漫反射板的BRDF表達(dá)式，完成Spectralon漫反射板 校正。
2. 如權(quán)利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步驟1)中，控 制光源的方位角為0°，天頂角依次設(shè)置為0°、10°、30°和45°，利用探測器在光源各天 頂角處進(jìn)行逐一采集，天頂角從0°~70°每隔10°采集，方位角從0°~360°每隔10° 米集。
3. 如權(quán)利要求2所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，關(guān)閉光源，控制探 測器再次以同等的天頂角和方位角采集相應(yīng)的環(huán)境光譜數(shù)據(jù)，并將光源下采集的原始光源 數(shù)據(jù)與環(huán)境光譜數(shù)據(jù)做差值處理，得到步驟1)中的反射光譜數(shù)據(jù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的有效波段 范圍為可見光和近紅外光波段。
5. 如權(quán)利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步驟2)中，根 據(jù)探測器天頂角的采集間隔對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，計(jì)算每組數(shù)據(jù)的平均值，并對(duì)光譜數(shù)據(jù) 進(jìn)行二次剔除處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的二次剔 除處理為：利用公式（1)對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行初步剔除，剩余的光譜數(shù)據(jù)求平均值，再利用公式 (2)對(duì)剩余的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行再次剔除處理；
式中，L，M分別為各組內(nèi)的原始數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)平均值，n代表依據(jù)探測器天頂角所 分組值，nl，n2分別為第一次、第二次數(shù)據(jù)矩陣，i，j分別為方位角數(shù)值和波長。
7. 如權(quán)利要求6所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的步驟3)中 求殘差平方和Rss的公式為，
式中，L，M分別為二次剔除處理后各組內(nèi)的原始數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)平均值，n3為二次 剔除處理后的光譜數(shù)據(jù)矩陣，i，j分別為方位角數(shù)值和波長，m，k分別為數(shù)據(jù)二次剔除后探 測器方位角和波段數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步驟3)中，以 殘差平方和Rss數(shù)值差異小對(duì)應(yīng)的采集天頂角為穩(wěn)定的探測器接收天頂角。 9?如權(quán)利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述Spectralon漫反射板的BRDF表達(dá)式的求取步驟包括： 4. 1、確定初始的BRDF表達(dá)式
(3) 式中，0 光源天頂角，巾光源方位角，0 ^3探測器天頂角，為探測器方位角， 入表示波長，為反射福射立體角，ph為Spectralon漫反射板的DHRF，dl\ef為探測器 在任意天頂角下的值； 4. 2、建立最穩(wěn)定天頂角的采集數(shù)據(jù)和任意天頂角的采集數(shù)據(jù)之間的校正關(guān)系式，dTref ( 0〇傘〇0r，傘r，入）=dTc，ref ( 9 " 傘〇c，傘r，入）?f(cos0 r) (4) 4. 3、將式（4)代入初始的BRDF表達(dá)式（3)，計(jì)算得到校正后的Spectralon漫反射板的BRDF表達(dá)式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Spectralon漫反射板校正方法，包括步驟：1)光源從不同天頂角照射Spectralon漫反射板，利用光譜儀從不同天頂角和方位角采集相應(yīng)的反射光譜數(shù)據(jù)；2)從所述反射光譜數(shù)據(jù)內(nèi)截取有效波段范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，并求平均值，剔除差異相對(duì)較大的光譜數(shù)據(jù)；3)對(duì)剩余的光譜數(shù)據(jù)求殘差平方和Rss，確定最穩(wěn)定的探測器接受天頂角θr,degree的值，并建立任意探測器接受天頂角θr與θr,degree的關(guān)系表達(dá)式；4)將關(guān)系表達(dá)式代入Spectralon漫反射板的BRDF表達(dá)式，完成Spectralon漫反射板校正。本發(fā)明利用Spectralon漫反射板已知的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，并計(jì)算出探測器接收天頂角方位通用的表達(dá)式，為后續(xù)試驗(yàn)過程縮短了時(shí)間。
【IPC分類】G01M11-02
【公開號(hào)】CN104807616
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510200904
【發(fā)明人】方慧, 張昭, 張暢, 杜朋朋, 劉飛, 何勇
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日