[發(fā)明專利]一種用于測量材料光學(xué)特性的光學(xué)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980069615.0
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN113167728A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 拉斐爾·拉拜拉德;安娜·安德烈妮
• 申請（專利權(quán)）人: 法國國立國家公共工程學(xué)校
• 主分類號: G01N21/57
• 分類號: G01N21/57
• 代理公司: 深圳市六加知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44372
• 代理人: 李于明

本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，對于入射光的每個球面方向，能夠測量樣本周圍所有空間球面方向上樣本(20)的反射光(BRDF)和透射光(BTDF)中的至少一種，該裝置包括：?光源(30)，以及?測角光度計，被配置用于測量以下至少一項：○以球面坐標(θ_in，φ_in)表示的入射光方向：○以球面坐標(θ_out，φ_out)表示的反射光方向。其主要特征還包括：色散屏(40)，以及多傳感器成像裝置；測角光度計包括：第一鉸接臂(110)，被配置用于支撐光源(30)；以及第二鉸接臂(120)，被配置用于支撐樣本(20)或樣本架(10)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，目的在于測量材料的光學(xué)特性，特別是光和物質(zhì)的相互作用，尤其針對生成合成圖像的渲染問題，這需要描述表面反射或透射的特點。

【背景技術(shù)】

渲染(也稱為紋理)是一種計算機過程，可計算在3D建模軟件中所創(chuàng)建的場景的2D圖像，該軟件包括對象和光源，并從精確的角度進行查看。

這指的是借助本文所述裝置對材料的光學(xué)特性進行測量，從而生成預(yù)測性合成圖像，這在汽車、建筑、珠寶、家具、裝飾、光伏面板、太陽鏡、建筑熱學(xué)等領(lǐng)域尤其有用。

在這種情況下，入射光的光譜基本上是可見的，其中“可見”指的是在250nm(UV)和2500nm(近紅外)之間的光譜窗口；同時為了簡潔起見，在說明書的其余部分將省略術(shù)語“可見”一詞。

當(dāng)物體受到光源照射時，它可以反射、透射或吸收光。光與物體的相互作用是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，由構(gòu)成物體的一種或多種材料的光學(xué)特性所決定。

為了表征這些光學(xué)特性，出現(xiàn)了使用相機的解決方案，但相機是以紅、綠、藍(英文表示為RGB)3種顏色進行工作的，這樣就無法在這3種波長范圍之外進行光譜分析。

但是，材料的光學(xué)特性是通過雙向反射分布函數(shù)(英文縮寫為BRDF)和雙向透射分布函數(shù)(英文縮寫為BTDF)的形式進行描述的。

對于BRDF的測量，根據(jù)已知文件US2016161330的描述，可將光源安裝在圓弧臂上，該圓弧臂可旋轉(zhuǎn)和平移，從而使得光源可以覆蓋以圖畫平面上的一點為中心的半球外圍的任何點。

但是，該文件未公開本發(fā)明所述的光譜測量。另外，光源和相機的相對位置受到圓弧臂形狀的限制。

已知文件DE102008046988、FR2818377和FR2858412均未提出本發(fā)明所述鉸接臂的6自由度。

在此提出一種光學(xué)測量裝置，可通過BRDF和BTDF其中一種方法對所述樣本進行測量，以此對物質(zhì)樣本進行光學(xué)表征，該物質(zhì)樣本下文簡稱為“樣本”或“材料”。

BRDF和BTDF是數(shù)學(xué)函數(shù)，取決于以下8個參數(shù)：

-材料的發(fā)光角度，以θ_in(天頂角)和φ_in(方位角)這兩個值為特征，表示入射光在球面坐標中的方向，

-材料的觀察角度，以θ_out(天頂角)和φ_out(方位角)這兩個值為特征，表示反射光在球面坐標中的方向，

-入射波長λ，

-與材料相關(guān)的坐標系中點的位置(x，y)，以及

-光的偏振p，可以用Mueller矩陣形式化。

BRDF和BTDF能夠根據(jù)觀察角度以及發(fā)光角度來預(yù)測物體的外觀。

BRDF是非標準化(不保存能量)的概率分布函數(shù)，以考慮材料對光的吸收。

由于對上述8個參數(shù)中的至少5個參數(shù)φ_in、φ_out、θ_in、θ_out和λ進行了精細采樣，因此測量光源或材料的光學(xué)特性通常是一個漫長的過程。