[發(fā)明專利]一種海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置及其使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110409567.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN113176184A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付強(qiáng);王莉雅;段錦;莫蘇新;謝國(guó)芳;劉鵬;史浩東;李英超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06;G01N21/47
• 代理公司: 長(zhǎng)春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙) 22206
• 代理人: 石星星;李曉莉

1.一種海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，包括地面旋轉(zhuǎn)測(cè)量架(1)、海面場(chǎng)景模擬裝置(2)、偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)、接收系統(tǒng)(4)以及信息處理系統(tǒng)(5)，其中偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)和接收系統(tǒng)(4)均安裝在地面旋轉(zhuǎn)測(cè)量架(1)上；

偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)和接收系統(tǒng)(4)圍繞海綿場(chǎng)景模擬裝置(2)設(shè)置，且在地面旋轉(zhuǎn)測(cè)量架(1)上圍繞待測(cè)樣品在一定的范圍內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)；

偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)的運(yùn)動(dòng)范圍小于接收系統(tǒng)(4)的運(yùn)動(dòng)范圍；

所述接收系統(tǒng)(4)與信息處理系統(tǒng)(5)電學(xué)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，所述地面旋轉(zhuǎn)測(cè)量架(1)由360°方位角圓形軌道(10)、180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)、180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)組成，180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)和180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)均與360°方位角圓形軌道(10)滑動(dòng)連接，180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)的直徑大于180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)的直徑；

偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)固定在180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)上，接收系統(tǒng)(4)固定在180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，所述海面場(chǎng)景模擬裝置(2)包括水箱(20)、攪拌器(21)、充霧導(dǎo)管(22)、支架(23)、透明半圓玻璃球(24)、樣品臺(tái)(25)、濕度檢測(cè)探頭(26)與濕度顯示儀(27)；所述水箱(20)上設(shè)有傾倒NaCl顆粒和純凈水的開口，底部設(shè)有攪拌器(21)；所述透明半圓玻璃球(24)一端設(shè)有充霧導(dǎo)管(22)洞口，玻璃球(24)與水箱(20)通過(guò)充霧導(dǎo)管(22)連接；所述玻璃球(24)底部設(shè)置支架(23)，支架(23)上設(shè)置樣品臺(tái)(25)；

所述玻璃球(24)另一端設(shè)置水霧濃度探測(cè)器探頭(26)，探頭(26)與玻璃球(24)外側(cè)水霧濃度顯示儀(27)電學(xué)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，所述偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)包括固定于十字形鐵桿(37)上的光源(30)、分束鏡(31)、光闌Ⅰ(32)、光功率計(jì)(33)、起偏器(34)、1/4玻片(35)和光闌Ⅱ(36)；

所述光源(30)、分束鏡(31)、起偏器(34)、1/4玻片(35)、光闌Ⅱ(36)同光軸，且縱向排列；

所述分束鏡(31)、光闌Ⅰ(32)、光功率計(jì)(33)同光軸，且橫向排列；

所述光源(30)光軸經(jīng)分束鏡(31)后始終有一束光照射在光功率計(jì)(33)和待測(cè)樣品中心。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，所述接收系統(tǒng)(4)包括安裝在180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)上的光譜儀(40)和偏振相機(jī)(41)，且光譜儀(40)和偏振相機(jī)(41)橫向排列。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置，其特征在于，所述信息處理系統(tǒng)(5)包括計(jì)算機(jī)(50)，用于采集接收系統(tǒng)(4)的數(shù)據(jù)并加以計(jì)算處理，并以固定命名格式保存數(shù)據(jù)。

7.一種海面目標(biāo)pBRDF測(cè)量的模擬裝置的使用方法，其特征在于，應(yīng)用如權(quán)利要求書1-6中任意一項(xiàng)所述的室內(nèi)海霧模擬裝置，其測(cè)量方法的步驟如下，且以下步驟順次進(jìn)行：

步驟一、設(shè)置無(wú)水霧環(huán)境下入射線偏振光：

固定各實(shí)驗(yàn)器材，校準(zhǔn)圓軌零位，保持室內(nèi)全黑環(huán)境，打開光源(30)，采用光源(30)加起偏器(34)的方式，獲得寬譜段(400nm～760nm)的線偏振光；首先通過(guò)調(diào)整起偏器(34)，獲得0°振動(dòng)方向的線偏振光，使0°線偏振光通過(guò)光闌Ⅱ(36)后打在樣品臺(tái)(25)中心；另一束光通過(guò)光闌Ⅰ(32)后直射光功率計(jì)(33)，觀察示數(shù)并保持它的穩(wěn)定；

步驟二、變量設(shè)為出射方位角：

打開玻璃球(24)，在樣品臺(tái)(25)上放置樣品，關(guān)閉玻璃球(24)；保持180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)不動(dòng)，使入射天頂角、入射方位角固定；保持180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)、180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)不動(dòng)，使出射天頂角不變，設(shè)定初始值為0°；驅(qū)動(dòng)360°方位角圓形軌道(10)上電機(jī)，以30°為間隔，共測(cè)12個(gè)位置點(diǎn)，接收系統(tǒng)測(cè)量樣品散射光譜L_s并拍攝圖像進(jìn)行保存；

步驟三、變量設(shè)為出射天頂角：

保持180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)不動(dòng)，使入射天頂角、入射方位角固定；驅(qū)動(dòng)180°天頂弧半圓滑軌Ⅱ(12)電機(jī)，使出射天頂角變?yōu)?5°，重復(fù)步驟二；依次改變出射天頂角角度，間隔為15°，循環(huán)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟二，共計(jì)進(jìn)行12次；接收系統(tǒng)測(cè)量樣品散射光譜L_s并拍攝圖像進(jìn)行保存；

步驟四、變量設(shè)為入射天頂角：

驅(qū)動(dòng)180°天頂弧半圓滑軌Ⅰ(11)電機(jī)，改變光源(30)位置，使入射天頂角發(fā)生改變，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟二和三；

步驟五、計(jì)算無(wú)水霧環(huán)境下的目標(biāo)pBRDF數(shù)據(jù)：

信息處理系統(tǒng)(5)將從接收系統(tǒng)(4)獲取的樣品散射光譜L_s和定標(biāo)板散射光譜L_b帶入下方公式：

其中θ和φ分別代表天頂角和方位角，下標(biāo)i和r分別代表入射方向和探測(cè)方向，ρ(λ)是定標(biāo)板的半球反射率，選用接近朗伯體的標(biāo)準(zhǔn)白板作為參考板，制作材料為聚四氟乙烯，信息處理系統(tǒng)(5)計(jì)算得到樣品pBRDF值和對(duì)應(yīng)圖像，并保存；

步驟六、測(cè)量不同水霧濕度環(huán)境下的目標(biāo)pBRDF數(shù)據(jù)：

對(duì)玻璃球(24)按需要充入不同濕度的水霧，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟二至五；信息處理系統(tǒng)(5)計(jì)算得到樣品pBRDF值和對(duì)應(yīng)圖像，并保存；

步驟七、測(cè)量不同NaCl溶液濃度下的目標(biāo)pBRDF數(shù)據(jù)：

據(jù)需要配比不同濃度NaCl溶液，重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟六；信息處理系統(tǒng)(5)計(jì)算得到樣品pBRDF值和對(duì)應(yīng)圖像，并保存；

步驟八、采用光源(30)加起偏器(34)的方式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)起偏器(34)，繼續(xù)獲得45°、90°和135°振動(dòng)方向的線偏振光；采用光源(30)加起偏器(34)加1/4玻片(35)的方式，獲得寬譜段的圓偏振光，通過(guò)旋轉(zhuǎn)起偏器到45°和135°，調(diào)整玻片(35)快軸與偏振片振動(dòng)方向夾角為45°，分別獲得右旋和左旋圓偏振光。每選擇一次偏振角度，都重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟二至六，共計(jì)五個(gè)大循環(huán)；

步驟九、結(jié)束測(cè)量實(shí)驗(yàn)：

關(guān)閉偏振光發(fā)射系統(tǒng)(3)、接收系統(tǒng)(4)、信息處理系統(tǒng)(5)，排空透明半圓玻璃球(24)內(nèi)氣體并擦干設(shè)備殘留水漬，收好測(cè)量設(shè)備結(jié)束實(shí)驗(yàn)。