[发明专利]基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置与方法

说明书

本发明公开了基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置与方法，包括同轴设置的大转台和小转台，大转台外设置大转臂；大转台上设置小转臂和太赫兹光源，小转臂上设置光线扩束准直系统；转台、转臂均接入基于Labview的移动控制系统，以便于调节入射角度和散射角度；小转台上放置有样品托盘，样品托盘内盛放有多个待测样品和已知BRDF值的标准体样品，同时定标；大转臂上设置太赫兹相机，太赫兹相机接入基于OpenCV的图像数据处理系统，太赫兹相机至样品托盘的探测距离满足远场条件；图像数据处理系统通过图片分析各样品的像素点灰度值，并通过相对测量法自动计算待测样品的BRDF值。本发明采用上述测量装置与方法，降低了测量误差，提高了测量效率。

技术领域

本发明涉及光辐射测量仪器技术领域，尤其是涉及基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置与方法。

背景技术

太赫兹频段处于毫米波到红外的过渡频段，覆盖了极大的带宽范围，大多数目标材料在太赫兹频段具有独特的色散特性，部分介质材料的共振吸收峰落在太赫兹频段，其色散关系具有一定突变性。因此，研究太赫兹波段的目标散射特性，具有显著的科学意义和应用价值。双向反射函数 BRDF为表征目标散射特性的物理量，以样品表面被入射的面元的法线为z轴建立直角右手坐标系，其五参数模型定义如下：

式中，为入射方向，为出射方向，为波长；为入射天顶角，其为入射光线与z轴夹角；为入射方位角，其为入射光线在样品平面投影与x轴夹角；为散射天顶角，其为散射光线与z轴夹角；为散射方位角，其为散射光线在样品平面投影与x轴夹角；在某一特定波长λ下，L为沿方向出射的亮度，E为沿方向入射光照度。

双向反射函数的测量方法分为绝对测量法和相对测量法。

绝对测量法是指按照 BRDF 的定义，在不使用任何参考标准的情况下进行测量，即采用辐照度计和亮度计分别对入射亮度和出射亮度进行测量，两者之比即为BRDF。该方法对测量装置的要求较高，并且很容易引入较大的系统误差。

相对测量法是指依照已知BRDF值的标准试样作为定标体，在同一测量环境和条件下获得标准体和待测样品的散射强度，计算公式如下：

式中，待测样品的输出电压，为标准式样的输出电压。该方法可以减小系统误差，对杂散光也能起到较好的抑制作用。与绝对测量法相比，相对测量法对设备精度的要求较低，能够节约测量成本。但是，相对测量方法必须依赖标准试样。从理论上讲，采用相对测量法测量样品的 BRDF时，任意角度都需确保标准体样品和待测样品的测量条件相同，测量步骤相对复杂，工作繁重。

现有的BRDF测量装置，在红外与可见光波段常用分光光度计进行入射光和散射光能量的测量，使用绝对测量法计算出待测目标的BRDF值；在计算机视觉领域常用相机作为探测器，通过图像处理的方式获得待测目标BRDF值。而太赫兹波段的目标BRDF测量，由于没有太赫兹波段适用的分光光度计，现多用高莱和Bolometer等太赫兹探测器对标准体散射能量进行定标，然后使用相对测量法计算待测样品BRDF值。而使用太赫兹相机进行这一波段 BRDF测量的实验尚未提出。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明采用太赫兹相机代替探测器，同时进行标准体样品和多种待测样品的散射强度测量，解决了传统BRDF相对测量法工作量繁重的问题，并且在特定波长和角度下，标准体样品和几种待测样品的散射强度信息表现为太赫兹相机拍摄的同一张照片中的像素灰度值，可直接提取照片中样品中心位置的像素点灰度值，使用相对测量法公式计算待测样品的BRDF。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，