一種消除環(huán)境光干擾的bsdf測量系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料光學(xué)散射特性測量，尤其涉及一種消除環(huán)境光干擾的BSDF測量 系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙向散射分布函數(shù)（Bidirectional Scattering Distribution Function，即 BSDF)是光從一個表面上的不同方向散射的強(qiáng)度度量。BSDF是一個既包括入射方向又包括 散射方向的函數(shù)，因此稱為"雙向"的。其定義為某一出射方向上的出射輻亮度與入射到材 料表面的入射輻照度的比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0003]
【主權(quán)項】
1. 一種消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在于：包括機(jī)架平臺、測量平臺（2)、 搖臂探頭機(jī)構(gòu)、控制模塊（6)、數(shù)據(jù)采集模塊（7)和PC機(jī)（8);所述機(jī)架平臺分為低平臺 (11)和高平臺（12); 所述測量平臺（2)置于低平臺（11)上，所述測量平臺（2)包括旋轉(zhuǎn)底座（21)、設(shè)置在 旋轉(zhuǎn)底座（21)上的旋支撐架（22)，旋支撐架（22)上部具有一承重臺，承重臺上設(shè)置有環(huán)形 樣品臺（23)，環(huán)形樣品臺（23)的上設(shè)置有一帶電動快門（4)的激光器（3)，所述激光器（3) 通過旋轉(zhuǎn)桿（33)與設(shè)置在承重臺上的刻度盤機(jī)構(gòu)（34)連接，激光器（3)通過旋轉(zhuǎn)桿（33) 能360°旋轉(zhuǎn)；通過刻度盤機(jī)構(gòu)（34)調(diào)節(jié)激光器（3)激光的入射天頂角； 所述環(huán)形樣品臺（23)包括外蓋環(huán)板（232)和置于其內(nèi)的內(nèi)底環(huán)板（231)，所述外蓋環(huán) 板（232)、內(nèi)底環(huán)板（231)、旋轉(zhuǎn)底座（21)的軸心重合； 所述搖臂探頭機(jī)構(gòu)包括搖臂（5)、設(shè)置在搖臂（5)上的光強(qiáng)測量探頭（51)、驅(qū)動搖臂 (5)運(yùn)動的驅(qū)動單元（52)，驅(qū)動單元（52)設(shè)置在高平臺（12)上； 所述PC機(jī)（8)分別連接控制模塊（6)和數(shù)據(jù)采集模塊（7)，所述控制模塊（6)連接光強(qiáng) 測量探頭（51)，所述控制模塊（6)分別連接驅(qū)動單元（52)、電動快門（4)和旋轉(zhuǎn)底座（21) 的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在于：所述驅(qū)動單 元（52)帶動搖臂（5)轉(zhuǎn)動，使光強(qiáng)測量探頭（51)繞Y軸在-90°~90°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在于：所述內(nèi)底環(huán) 板（231)上表面外緣有45°外倒角，外倒角的尺寸與內(nèi)底環(huán)板（231)厚度相等；所述外蓋 環(huán)板（232)下表面內(nèi)緣有45°內(nèi)倒角，內(nèi)倒角的尺寸與外蓋環(huán)板（232)的厚度相等；所述 外蓋環(huán)板（232)與內(nèi)底環(huán)板（231)的厚度相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在 于：所述激光器⑶的光軸和光強(qiáng)測量探頭（51)正對環(huán)形樣品臺（23)的圓心。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模 塊分別控制搖臂（5)、旋轉(zhuǎn)底座（21)的旋轉(zhuǎn)以及電動快門（4)的開合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)，其特征在于：所述PC機(jī) (8)給所述控制模塊輸入所需的控制參數(shù)；數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)輸入PC機(jī)（8)的 中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并輸出保存。
7. -種消除環(huán)境光干擾的BSDF測量方法，其特征在于采用權(quán)利要求1至6中任一項所 述消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)進(jìn)行測量，測量步驟如下： (1) 將待測樣品置于環(huán)形樣品臺（23)上； 當(dāng)被測樣品為硬質(zhì)時直接放置在外蓋環(huán)板（232)的上面；當(dāng)被測樣品為軟質(zhì)時則先取 出外蓋環(huán)板（232)，將被測樣品放置在內(nèi)底環(huán)板（231)表面，然后再套合上外蓋環(huán)板（232)， 通過外蓋環(huán)板（232)和內(nèi)底環(huán)板（231)的壓合來張緊、拉平被測樣品； (2) 轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)桿（33)使激光器（3)的激光旋轉(zhuǎn)到所需的入射角； 當(dāng)測量雙向反射分布函數(shù)時激光器（3)旋轉(zhuǎn)到被測樣品的上方；當(dāng)測量雙向透射分布 函數(shù)時激光器（3)旋轉(zhuǎn)到被測樣品的下方； (3) 開始進(jìn)行測量； 單獨(dú)測量雙向反射分布函數(shù)和雙向透射分布函數(shù)或者將兩者合并得到雙向散射分布 函數(shù)；測量時，通過PC機(jī)（8)控制電動快門（4)對激光器（3)的激光光路進(jìn)行通斷控制；激 光器（3)每旋轉(zhuǎn)到一個測量點(diǎn)時，電動快門（4)先打開，測量有激光照射時的數(shù)據(jù)；然后控 制電動快門（4)閉合，測量無激光照射時的數(shù)據(jù)； (4) 數(shù)據(jù)采集模塊（7)將光強(qiáng)測量探頭（51)測量到的步驟⑵中有激光照射和無激光 照射的兩種數(shù)據(jù)采集后，輸送至PC機(jī)（8)中，把有激光照射時的數(shù)據(jù)減去無激光照射時的 數(shù)據(jù)，即可去除環(huán)境光的成分，得到只包含激光散射的測量數(shù)據(jù)，從而得到準(zhǔn)確的BSDF測 量結(jié)果； (5) PC機(jī)（8)的對測量結(jié)果進(jìn)一步處理，并輸出所需的數(shù)據(jù)格式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種消除環(huán)境光干擾的BSDF測量系統(tǒng)及測量方法，包括機(jī)架平臺、測量平臺、搖臂探頭機(jī)構(gòu)、控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和PC機(jī)；測量平臺包括旋轉(zhuǎn)底座、設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座上的支撐架、承重臺、環(huán)形樣品臺、激光器等；測量時激光照射被測樣品表面，經(jīng)反射或透射后，通過搖臂的旋轉(zhuǎn)以及樣品臺的自轉(zhuǎn)，對半球面內(nèi)各測量點(diǎn)的光線散射情況進(jìn)行測量；測量時由電動快門對激光光路進(jìn)行通斷控制，每個測量點(diǎn)都分別測量有激光照射和無激光照射(即只有環(huán)境光)時的數(shù)據(jù)，把兩種數(shù)據(jù)相減，便可去除環(huán)境光的成分，得到準(zhǔn)確的BSDF測量數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)可自動消除環(huán)境光的干擾，測量無需在暗環(huán)境中進(jìn)行；廣泛適用于各種材料屬性的被測樣品。
【IPC分類】G01N21-47
【公開號】CN104677859
【申請?zhí)枴緾N201510070046
【發(fā)明人】陳家曉, 李宗濤, 湯勇, 李家聲, 吳宇旋, 王卉玉, 鄧文君
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日