[发明专利]一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法

权利要求书

1.一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取粗糙度对比样块表面四个偏振角度的红外图像，通过求解斯托克斯矢量计算出红外辐射的偏振参数；

步骤2：从粗糙度对比样块中提取出a×a像素规模的区域A作为待测区域；由步骤1得到的偏振参数计算出区域A中法向量的方向角和天顶角分布信息，得到区域A中法向量的分布信息；

步骤3：建立分别含有不同角度测试线的空间滤波器模块180个，每个空间滤波器模块的像素规模为a′×a′，a′a；

步骤4：将180个空间滤波器模块分别与区域A做空间滤波运算，分别提取出180组法向量；

步骤5：计算每组法向量的平均值，再分别计算该组全部法向量与法向量平均值的余弦相似度并取均值；根据二维组构张量模型得到被测表面的粗糙度各向异性参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述步骤1具体方法为：

利用分焦平面红外偏振相机或在普通红外相机前安装并旋转线偏振片的方式，获取粗糙度对比样块表面0°、45°、90°、135°四个偏振角度的红外图像，根据斯托克斯矢量计算粗糙度对比样块表面的偏振相角和偏振度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述通过求解斯托克斯矢量计算出红外辐射的偏振参数的方法具体如下：

将光的偏振态的斯托克斯矢量表达式写作如下形式：

S₀＝0.5*(I₀+I₄₅+I₉₀+I₁₃₅)

S₁＝I₀-I₉₀

S₂＝I₄₅-I₁₃₅

其中，I₀、I₄₅、I₉₀、I₁₃₅分别表示0°、45°、90°和135°偏振方向所拥有的辐射强度；

根据斯托克斯参量，进一步解算得到偏振参数：偏振度DoLP和偏振相角AoP，计算公式如下所示：

取斯托克斯参量S₃＝0。

4.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述得到区域A中法向量的分布信息具体如下：

方位角θ用下式计算：

红外辐射偏振度DoLP与天顶角的几何表达式为：

其中：

式中：n表示物体折射率的实部，k表示物体折射率的虚部。

目标表面由z＝f(x,y)表示，则物体表面上任一点的法向量由下面公式表示为：

5.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述步骤3中的不同角度为0°，1°，...，179°。

6.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述步骤5中根据不同角度上法向量平均余弦相似度的最大值得到物体痕迹方向的具体方法为：依次获取0°，1°，...，179°方向上的法向量平均余弦相似度，绘制出测试线方向-法向量平均余弦相似度的雷达图，并根据二维组构张量模型得到物体的粗糙度各向异性参数。

7.根据权利要求1所述的一种基于法向量统计特性的粗糙度各向异性参数测量方法，其特征在于，所述在二维组构张量模型T_ij表示为：

其中，A₂、B₂是二维组构张量的分量用以表示粗糙度方向分布的各向异性程度，m表示含有该角度测试线的空间滤波器，N表示总的空间滤波器数量，δ_θ是0°，1°，...，179°方向上的法向量平均余弦相似度，通过上述公式得到A₂、B₂的值，继而通过计算得到物体表面粗糙度的各向异性参数。