[发明专利]一种快速测量高反光空间目标材质的方法

说明书

本发明公开了一种快速测量高反光空间目标材质的方法，包括：超连续谱激光光源经过实验系统光路准直后入射到待测样品上；超连续谱激光经待测样品散射后，散射光信号被光电探测器接收；光电探测器输出信号至信号处理系统进行处理，得到待测样品的激光雷达散射截面；基于激光雷达散射截面和双向反射分布函数之间的函数关系，获得待测样品表面的双向反射分布函数；将获得的双向反射分布函数在已有的双向反射分布函数特征库中进行匹配，识别出待测样品的表面材料。本发明可以快速计算太阳光照射下被测材质的双向反射分布函数，基于双向反射分布函数特征库进行匹配分析，可识别出待测样品的表面材料。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种快速测量高反光空间目标材质的方法。

背景技术

激光雷达散射截面(LRCS)是用来描述目标对照射到它上面的激光光束的散射能力的物理量；可以定义为：在入射光波为均匀平面波时，激光光束光斑完全覆盖目标表面且待测目标表面材料为各项同性材料时，探测器接收到总的激光散射光光功率与入射激光光功率之比为：

式中，E_i为目标处入射光波的电场强度振幅，E_r为激光雷达雷达接收机接收到的来自目标的散射光波的电场强度振幅，R则为目标和接收机之间的距离。由于探测方向不同时，在该方向上接收到的散射光功率不同，则计算得到的激光雷达散射截面在各个方向上也不同；即在不同的散射方向上，相同目标的激光雷达散射截面一般不相同；对于单站式的激光雷达散射截面称为激光雷达的后向散射截面。

目前常用的BRDF测量装置有两种：一种是采用双圆弧轨道实现半球范围内方位角和入射角度的探测，如专利《一种测量物体表面双向反射分布的装置》，专利号：2009200033317.X，这种测量方法的局限性在于圆弧轨道遮光影响其测量结果以及受圆弧轨道加工精度不高，直接会影响到测量角度的定位精度不高，进而导致整个系统测量可靠性降低。

另一种装置采用光源固定，样品使用四维机械手固定，光电探测器可以安装在垂直面内做±180°旋转的方式完成对入射角和反射角的测量。如专利《一种新型双向反射分布函数测量装置》，专利号：201210075733.2，但是这种方式的局限性在于光电探测器接收面小，要求反射光束扩散角很小，这就意味着只能进行镜面物体表面的散射，如果是粗糙表面则很难实现散射到整个半球空间的各个光信号的采集，导致信号误差。

传统的太阳光照射下样品的双向反射分布函数的实验装置复杂，精密度要求高，通常需要采集上万个实验数据才可以进行模拟计算得到双向反射分布函数。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种快速测量高反光空间目标材质的方法。

本发明公开了一种快速测量高反光空间目标材质的方法，包括：

激光光源经过实验系统光路准直后入射到待测样品上；

激光经待测样品散射后，散射光信号被光电探测器接收；

光电探测器输出信号至信号处理系统进行处理，得到待测样品的激光雷达散射截面；

基于激光雷达散射截面和双向反射分布函数之间的函数关系，获得待测样品表面的双向反射分布函数；

将获得的双向反射分布函数在已有的双向反射分布函数特征库中进行匹配，识别出待测样品的表面材料。

作为本发明的进一步改进，激光光源经准直后的光束，采用双光路进行测量。

作为本发明的进一步改进，使用的激光为超连续谱激光，激光波长范围为：400nm-2200nm，该波长的激光可以模拟太阳光和近红外光辐照下的空间背景光。