《《BRDF测量》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《BRDF测量》PPT课件.ppt（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、双向反射分布函数BRDF测量简介谈和平谈和平 戴景民戴景民 谢鸣谢鸣航空航天热物理研究所航空航天热物理研究所表面辐射与双向反射分布函数1 概论概论2 国外国外双向反射分布函数研究概况双向反射分布函数研究概况3 国内国内双向反射分布函数研究概况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尚待开展的研究内容和关键技术1 概论 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 辐辐射射传传递递系系数数与与角角系系数数不不同同，角角系系数数仅仅考考虑虑了了一一次次投投射射，且且要要求求表表面面为为漫漫发
2、发射射。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。 实实际际工工程程中中，常常遇遇到到复复杂杂系系统统，需需考考虑多次反射。虑多次反射。1 概论 已已知知光光谱谱双双向向反反射射分分布布函函数数，可可求求出出方向光谱发射率和方向光谱吸收率。方向光谱发射率和方向光谱吸收率。 因因此此，双双向向反反射射分分布布函函数数（BRDF）是是材材料料表表面面的的重重要要参参数数，是是航航天天遥遥感感、地地质质测测量量、精精密密制制导导、目目标标仿仿真真的的基基础础。其其测测量技术是国际上近年来的研究热点。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
3、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 自自1970年年F.E. Nicodemus 提提出出BRDF的的概概念念以以来来，各各国国学学者者在在理理论论上上、仪仪器器设设备备研研制制的的应应用用上上进进行行了了大大量量的的研研究究。仅仅由由EI检检索索，从从1980年年起起已已有有200多多篇篇论论文文，其中仪器研制占其中仪器研制占10。 近近年年来来空空间间材材料料BRDF测测试试的的迫迫切切
4、需需求求，从从某某种种程程度度上上促促进进了了BRDF测测试试技技术术的飞速发展。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）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 国外双向反射分布函数研究概况5 TRW Space and Technolog
5、y Group6 University of science and Technology of Lille, France（法国）法国）7 Technical Research Center of Finland （芬兰）芬兰）8 Aerojet Electron-system Company9 NASA Goddard2 国外双向反射分布函数研究概况10 Geological Survey of Japan （日本（日本地质勘测中心地质勘测中心）11 Auto-Melchers Gmbh，Karlsruhe， Germany （德国）德国）12 University of Sydney，A
6、ustralia （澳大利亚）澳大利亚）13 Delft University of Technology， Netherlands （荷兰）荷兰）2 国外双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1977年年SCHEELE【单单位位4】研研制制了了测测量量透透明明材材料料的的三三色色测测量量仪仪，采采用用四四种种波波长长的的激激光光源源（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【单单位位8】在在108 托托，77K真真空空环环境境和和低低温温环环境境下下，测测量量了了镜镜反反射射方方向向60范范围围
7、内内，太太空空环环境境下下光光学学系系统统表表面面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 国外双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1980年年BROOKS 和和WOLFE【单单位位1】选选择择6种种波波长长的的激激光光源源，特特别别是是用用CO2远远红红外外波波导导激激光光器器实实现现了了41.7和和118.8m远远红红外外波波段的测量。段的测量。v杂杂散散光光问问题题是是限限制制最最小小测测量量角角度度的的最最主主要要因因素素，1986年年LEE【单单位位8】讨讨论论了了在在小小角角度度BRDF/BTDF测测量量中中杂杂散散光光的的分分析析和和压压
8、缩缩问题。问题。2 国外双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1986年年DAVIS【单单位位3】采采用用1000瓦瓦高高压压有有弧氙灯为光源。弧氙灯为光源。v1990年年FOLKMAN【单单位位5】研研制制了了空空间间光光学学表表面面散散射射和和污污染染程程度度的的测测量量装装置置。该该装装置置在在室室温温离离线线，低低温温真真空空在在线线下下可可测测BRDF、BTDF（透透射射率率）。光光源源包包括括：Ar离离子子、HeNe、Na、YAG和和CO2激激光光器器，覆覆盖盖 波波 长长 0.35110.6m。 试试 样样 温温 度度 可可 在在20K373K变化。变化。2 国外
9、双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1990年年CADY【单单位位2】等等研研制制了了多多通通道道三三维维散散射射仪仪。光光源源由由5个个波波长长的的激激光光器器组组成成，采采用用球球面面反反射射系系统统；对对全全部部入入射射光光偏偏振振的的控控制制和和使使用用潜潜望望反反射射镜镜使使小小角角度度测测量量成成为为可可能能；转转角角机机构构0.02；重重复复性性和和线线性性度度为为1%。v1991年年MIETTINEN 【单单位位7】采采用用可可见见光光光光学学散散射射测测量量系系统统，对对铜铜及及钢钢等等板板材材表表面面进行了进行了BRDF 测量。测量。2 国外双向反射分布函
10、数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1991年年DROLEN【单单位位4】用用7种种激激光光作作为为光光源源，对对12种种航航天天热热控控材材料料表表面面的的BRDF进进行行了了测测量量。针针对对镜镜、漫漫混混合合反反射射模模型型，提提出了一种由出了一种由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【单单位位2、9】研研制制了了从从紫紫外外到到红红外外波波段段的的高高精精度度散散射射测测量量仪仪。用用于于大大气气臭臭氧氧及及航航天天飞飞机机测测试试标标定定标标准准的的BRDF测量。测量。2 国外双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v199
11、5年年DESCLOITRES【单单位位6】介介绍绍了了由由CCD相相机机构构成成的的具具有有9个个光光谱谱和和偏偏振振滤滤光光片片的云反射测量。的云反射测量。v1996年年SHEPPARD【单单位位12】介介绍绍了了粗粗糙糙表面表面BRDF简化表示方法。简化表示方法。v1999年年BECKER【单单位位11】通通过过分分析析其其BRDF数数据据，描描述述和和估估计计了了LCD器器件件的的可可视特性。视特性。2 国外双向反射分布函数研究概况国外双向反射分布函数研究概况v1999年年SATOSHI【单单位位10】等等用用光光谱谱辐辐射射计计和和CCD数数码码相相机机设设计计了了在在线线测测量量大大
12、地地表表面面BRDF的的装装置置，该该装装置置对对BRDF的的空空间间不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。测量波长为：测量。测量波长为：96.5m，118.8m，184.3m，496m，889m。3 国内双向反射分布函数研究概国内双向反射分布函数研究概况况 国国内内的的研研究究比比较较落落后后，只只在在可可见见光光的的某个波长下，设计了测试装置。某个波长下，设计了测试装置。 中中国国科科学学院院地地理理科科学学与与资资源源研研究究所所拥拥有有测测定定太太阳阳反反射射辐辐射射的的双双
13、向向反反射射分分布布函函数数的成套自动化装置。的成套自动化装置。 3 国内双向反射分布函数研究概况v1996年年魏魏庆庆农农【中中科科院院安安徽徽光光机机所所】采采用用HE-NE激激光光器器，波波长长为为0.633m，接接收收器器为为光光电电倍倍增增管管。测测量量时时探探测测器器的的观观察察方方向向不不变变，3个个电电机机带带动动样样品品和和光光源源转转动动来来实实现现半半球球空空间间内内的的BRDF测测量量。电电机机的的转转动动精精度度由码盘控制，其精度可达到由码盘控制，其精度可达到0.1。3 国内双向反射分布函数研究概况v1996年年吴吴振振森森、魏魏庆庆农农【西西安安电电子子科科技技大大
14、学学、中中科科院院安安光光所所】等等讨讨论论了了不不同同表表面面的的激光激光BRDF测量实验。测量实验。v2000年年唐唐玉玉国国等等人人【中中科科院院长长春春光光机机所所】，在在紫紫外外波波段段，建建立立了了由由紫紫外外光光源源、光光谱谱仪仪、反反射射率率计计及及电电子子计计算算机机组组成成的的变变角角测测试试系系统统。利利用用该该系系统统进进行行漫漫反反射射余余弦弦特特性性、双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哈哈工工大大工工程程热热物物理理研研究究室室已已建建立立了了双双向向反反射射分分布布函函数数测测试试，采采用用4种种波波长长的的激激光光源源
15、（0.6328，1.15，3.39，10.6），覆覆盖盖波长波长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主主要要对对常常温温和和低低温温下下物物体体的的BRDF进进行行测测量量，与与实实际际应应用用有有较较大大差差异异。如如弹弹道道导导弹弹飞飞行行中中段段表表面面温温度度为为400500K；空空间间卫卫星星向阳面温度也在向阳面温度也在400600K。v主主要要用用激激光光作作光光源源，BRDF数数据据只只是是几几个个波波长长的的数数据据。这这对对于于红红外
16、外探探测测、红红外外仿仿真真、红红外外遥遥感感、目目标标识识别别、空空间间系系统统的的方方案案论论证和设计等是远远不够的。证和设计等是远远不够的。4 尚待开展的研究内容和关键技术v整整体体上上分分：在在线线测测量量和和实实验验室室测测量量两两大大类类v在在线线测测量量以以卫卫星星测测量量为为主主，标标定定测测量量为为辅，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实实验验室室测测量量大大都都采采用用单单探探测测器器，由由角角度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。4 尚待开展的研究内容和关键技术v一一般般来来说说，实实验验室室测测量量装装置置，由由以
17、以下下三三大部分来实现：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4 尚待开展的研究内容和关键技术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高高温温试试样样加加热热技技术术研研究究，对对一一薄薄片片加加热热，在在1000左左右右，要要保保持持较较好好的的温温度度均均匀匀性性很很难；难；v宽波段、高能量辐射源研制；宽波段、高能量辐射源研制；4 4 尚待开展的研究内容和关键技术尚待开展的研究内容和关键技术v强强背背景景干干扰扰下下低低噪噪检检测测技技术术研研究究，由由于于高高温温目目标标的的辐辐射射比比反反射射能能量量要要高高几几个个数数量量级级，在强背景下探测信号有较大的难度；在强背景下探测信号有较大的难度；v宽波段汇聚光学系统设计；宽波段汇聚光学系统设计；v高精度三维扫描系统研制。高精度三维扫描系统研制。
