[发明专利]空间光学分布函数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光学计量领域，尤其涉及一种光学量的绝对定标测量，更具体地，涉及一种空间光学分布函数的绝对测量定标，可用于测量对象空间光学分布的定标。

背景技术

空间光学分布函数定义为物体表面反射辐亮度与入射辐照度的比值，是关于空间入射角、空间反射角和波长的函数。定义式如下(省略波长因子)：

在可控的入射源立体角dω_i内上式成立，见图1所示。

图1是本发明空间光学分布函数原理图，示出了空间多维转动机构中四种角度的变化。

四种角度指(其中入射平面指入射射线L_i与轴N形成的平面，反射平面指反射射线L_r与轴N形成的平面，底平面内角度的初始边为轴X，坐标原点即轴心为O)：

θ_i——入射射线L_i在入射平面内的角度，即入射射线L_i与轴N之间的夹角；

入射射线L_i在空间的角度，即入射射线L_i在底平面的投影与轴X之间的夹角；

θ_r——反射射线L_r在反射平面内的角度，即反射射线L_r与轴N之间的夹角；

反射射线L_r在空间的角度，即反射射线L_r在底平面的投影与轴X之间的夹角。

以上四个角度的变化范围：

θ_i：-90°～+90°，入射平面内以轴N为界，两个象限分别为正负角度；

0°～360°，全部在底平面内；

θ_r：-90°～+90°，反射平面内以轴N为界，两个象限分别为正负角度；

0°～360°，全部在底平面内。

通过上述四个角度的变化，可以实现入射射线L_i和反射射线L_r在空间的定位，即定位了入射射线L_i在空间的位置，定位了反射射线L_r在空间的位置。

在自然界中，任何物体都在接收外界对它的光辐射的同时向外辐射各种波长的光，空间光学分布函数有效的把这种入射和反射的光能量揉合到一个量中，对物体这一性能进行了综合地刻画，使其成为有效地描述目标表面在空间的光辐射特性的最佳物理量。它选择了照度作为入射光的评价指标，反映了研究中对入射主要关心的是能量的多少，和材料本身的性能无关，和光源的性能无关(这里只从理论角度讨论，不考虑具体的指标如稳定性，均匀性带来的影响)，从而为不同材料的比较打下基础；选择了亮度作为反射光的评价指标，反映了对反射关心的是经过物体表面以后光的明暗强弱的多少。这样，在空间光学分布函数的两个光学分量中，前者只提取了一个和材料与光源都无关的表征能量的值作为分母，后者选取了一个包含了物体表面特质的亮度值作为分子，这样就很好的把二者揉合到一个量中。这样，空间光学分布函数就成为一个带有材料特殊“信号”又可以在相同条件下进行比对的量。集几何与光学两方面综合信息于一身的空间光学分布函数，成为各行业普遍适用的材料性能的评价量与比较量。

目前已有的一些空间光学分布函数测量方法都从理论上对入射照度和反射亮度进行分别测量，在一次测量过程中使用了两种以上的探测器，结构上直观的弓型结构模拟半球空间为基础建立，造成了较大的系统误差，普遍存在较大的不确定度。另一方面，已有的空间光学分布函数测量方法大都采用朗伯体作为承载物进行理论过渡，在实际操作中则用漫射性能比较好的白板作为标准板。这种做法得到的只是近似值，无论选择的漫反射面在多大程度上接近朗伯体，在理论上已经决定了它不是真实值。其中的误差不是测量误差，而是人为的系统误差。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何实现空间光学分布函数的绝对测量定标，达到计量级的不确定度要求。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种空间光学分布函数测量方法，其包括以下过程：

测量无样品状态下入射光源的垂直入射亮度值及相应的反射立体角，计算通过理论推演得到的空间光学分布函数算子；

设置测试角度；

根据所述空间光学分布函数算子和所述测试角度，计算空间光学分布函数的绝对量值。

上述空间光学分布函数测量方法中，所述空间光学分布函数算子的计算公式为：