[發明專利]一種Spectralon漫反射板校正方法

有效

• 申請號: 201510200904.3
• 申請日: 2015-04-24
• 公開（公告）號: CN104807616B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 方慧;張昭;張暢;杜朋朋;劉飛;何勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及光學性質檢測領域，尤其涉及一種Spectralon漫反射板校正方法。

背景技術

在采集平面樣品的BDRF光學特性時，入射輻射亮度值難以測定，需要用標準板代替。對于標準板的選擇有以下四個標準：

1)用于檢測輻射度的漫反射標準板，其自身的BRDF特性需要已知；

2)標準板應具有良好的近似Lambertian特性、高反射值；

3)當做參比測量時，標準板的大小應能被探測器的視場角(Field of View,FOV)覆蓋；

4)需保證在測量過程中標準板的BRDF值穩定。

Spectralon漫反射板(Spectralon漫反射板)化學成分為燒結的聚四氟乙烯，當光源接近0°天頂角入射，VIS，NIR波段范圍光譜波動小，同時還具有可加工、防風雨、可清洗的優勢。

目前，已有針對室外測量標準板通用校正方法(Jackson,1992；Bruegge,2001)。實驗對比了11種材質相似的Spectralon漫反射板和16種BaSO₄板。結果表明，11種Spectralon漫反射板在定向/半球，定向/定向有著較小的差異，對Spectralon漫反射板提出了通用的方程，而BaSO₄板由于實驗過程中差異較大，通用方程并不適用。在室外試驗中，用Spectralon漫反射板代替試驗中需要測量的定向/半球反射率所得結果更優。

發明內容

本發明以二向反射分布函數(BRDF)推導出適用于實驗室測量平面樣品反射特性的Spectralon漫反射板校正方法，用Spectralon漫反射板已知的數據進行校正，并提出了在探測器接收天頂角方位通用的表達式，為后續試驗過程縮短了時間。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種Spectralon漫反射板校正方法，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的反射光譜數據；

2)從所述反射光譜數據內截取有效波段范圍內的光譜數據，并求平均值，剔除差異相對較大的光譜數據；

3)對剩余的光譜數據求殘差平方和Rss，確定最穩定的探測器接受天頂角θ_r,degree的值，并建立任意探測器接受天頂角θ_r與θ_r,degree的關系表達式；

4)將關系表達式代入Spectralon漫反射板的BRDF表達式，完成Spectralon漫反射板校正。

進行反射光譜數據采集時，控制光源的方位角為0°，天頂角依次設置為0°、10°、30°和45°，利用探測器在光源各天頂角處進行逐一采集，天頂角從0°～70°每隔10°采集，方位角從0°～360°每隔10°采集。

為消除環境光對測量數據的影響，需要關閉光源，控制探測器再次以同等的天頂角和方位角采集相應的環境光譜數據，并將光源下采集的原始光源數據與環境光譜數據做差值處理，得到步驟1)中的反射光譜數據。

在步驟2)中，根據儀器性能及實驗研究內容，選擇合適波段范圍的光譜數據，作為所述有效波段范圍內的光譜數據，通常選擇的有效波段范圍為可見光和近紅外光波段。

在步驟2)中，根據探測器天頂角的采集間隔對光譜數據進行分組，計算每組數據的平均值，并對光譜數據進行二次剔除處理。

所述的二次剔除處理為：利用公式(1)對光譜數據進行初步剔除，剩余的光譜數據求平均值，再利用公式(2)對剩余的光譜數據進行再次剔除處理；

式中，L，M分別為各組內的原始數據和對應的數據平均值，n代表依據探測器天頂角所分組值，n1，n2分別為第一次、第二次數據矩陣，i，j分別為方位角數值和波長。

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的原始數據和對應的數據平均值，n3為二次剔除處理后的光譜數據矩陣，i，j分別為方位角數值和波長，m,k分別為數據二次剔除后探測器方位角和波段數。

在步驟3)中，以殘差平方和Rss數值差異小對應的采集天頂角為穩定的探測器接收天頂角。

所述Spectralon漫反射板的BRDF表達式的求取步驟包括：

4.1、確定初始的BRDF表達式