BRDF自动测试系统及测试方法技术方案

一种BRDF自动测试系统及测试方法，测试系统包括：太阳模拟器、电动位移台、探测系统、BRDF光谱自动采集系统、BRDF数据处理系统；太阳模拟器发出的可见光束射到电动位移台的样品上；电动位移台，用于实现样品在三维空间的移动和旋转；探测系统包括可移动平台、安装在可移动平台上的二维旋转平台、望远镜、光纤探头、通过探测光纤与光纤探头连接的光谱仪；所述BRDF光谱自动采集系统用于控制电动位移台动作，使电动位移台带动样品在空间内以任意角度旋转；控制探测系统的光谱仪对样品任意角度的散射光谱进行采集；所述BRDF数据处理系统，用于处理采集后的光谱数据，得到不同角度下的BRDF数据。该系统探测距离可调，可实现远距离、大体积物体的探测，探测精度高。

【技术实现步骤摘要】
BRDF自动测试系统及测试方法
本专利技术属于光谱测量领域，具体涉及一种BRDF自动测试系统及测试方法，该测试系统是一种采用光源相对位置不动，变换样品和探测端的相对角度，来实现远距离测量样品的散射光谱，并以聚四氟乙烯为标准板来计算样品BRDF的自动测试系统。
技术介绍
自从BRDF正式提出以来，用于测量该函数的方法已经变得越来越先进。早期采用辐射计测量，现如今双向反射分布函数的测量主要分为两种，一种为应用CCD数码相机的成像式BRDF测量；该方法的优点在于：测试视野范围广，可以在一幅图像中得到多个测量数据，大大缩短了测量时间。缺点在于：测量结果不直观，反射系数算法通常都很复杂，对入射光源及被测物体的颜色或材质有所限制。另一种为利用光谱仪的光谱式BRDF测量。该方法因为具有测试结果直观，且实用性较强等优点，在BRDF测量领域得到了广泛的应用。但是该测量方法尚有不足之处：(1)由于入射光源多采用多波段的激光器、溴钨灯、卤钨灯或利用积分球生成的太阳光，采用溴钨灯或卤钨灯或积分球为光源，溴钨灯或卤钨灯在发光强度和光源均匀性、稳定性方面仍有不足之处，无法保证光源的高稳定性和均匀性，影响光谱测量精度；激光光源虽然稳定性和均匀性较好，但该方法只能实现部分波段的BRDF测量。(2)如在测试手段上多采用样品不动，光源、探测器转动的BRDF测量方法，虽然测量结果直观，但是操作过程繁琐，测试距离有限，且在角度测量精度上有待提高。(3)如果采用样片以二维自由度旋转，探测器和光源以一维自由度的旋转；或采用光源和样品转动，探测器不动的测试方法，在测量结果精度、探测距离、探测视场、以及入射光源等方面有不足之处。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种BRDF自动测试系统，以解决现有测试系统测量结果精度差，测试距离和探测视场受限的技术难题。为实现上述目的，本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种BRDF自动测试系统，包括：太阳模拟器、电动位移台、探测系统、BRDF光谱自动采集系统、BRDF数据处理系统；其中：所述太阳模拟器的出光口前端放置有光阑，太阳模拟器作为入射光源，发出均匀的、平行的可见光束，再经过光阑限束后，将入射光垂直照射到电动位移台的样品上；所述电动位移台，用于摆放样品，实现样品在三维空间的移动和旋转；所述探测系统包括可移动平台、安装在可移动平台上的二维旋转平台、安装在二维旋转平台上的望远镜、与望远镜连接的光纤探头、通过探测光纤与光纤探头连接的光谱仪；其中，所述可移动平台绕样品0°-360°旋转，能实现任意角度的探测，且探测距离可调；所述二维旋转平台固定在可移动平台的几何中心处，用来调节望远镜的探测角度；所述望远镜固定在二维旋转平台的旋转轴心处；所述BRDF光谱自动采集系统安装有海洋光谱软件、PC系列位移台驱动软件，BRDF光谱自动采集系统分别与电动位移台和探测系统连接，用于控制电动位移台动作，使电动位移台带动样品在空间内以任意角度旋转；同时控制探测系统的光谱仪对样品任意角度的散射光谱进行采集；所述BRDF数据处理系统与BRDF光谱自动采集系统连接，用于处理采集后的光谱数据，得到不同角度下的BRDF数据。作为本专利技术的优选，所述的BRDF自动测试系统需要安装在室内，所述的室内为光学暗室，暗室全封闭设计，且内部涂有消光漆，墙面反射率小于3％，暗室长宽为10m×8m，高2.5m，通过涂消光漆，以实现对杂散光的高效率吸收，保证散射光谱的测量精度。作为本专利技术的优选，所述太阳模拟器为大型太阳模拟器，辐照度为1/10太阳常数，与B级AM1.5太阳光谱相匹配，辐照均匀度优于±2％，辐照稳定度优于±5％/h，发出均匀的平行可见光，入射角水平，光源口径30mm，发散角1.18°；采用太阳模拟器极大的减小了杂散光对测量结果的影响；所述光阑通光口径8mm/180mm，通过光阑限束，使入射光尽可能高效率的照射到样品上。作为本专利技术的优选，所述的电动位移台包括水平平移台、安装在水平平移台上的竖直平移台、安装在竖直平移台上的转动平台、安装在转动平台上的样品台；所述水平平移台能够前后、左右移动；所述转动平台包括绕着X轴旋转的第三转盘、绕着Y轴旋转的第二转盘、绕着Z轴旋转的第一转盘；样品摆放在电动位移台的样品台上，通过水平平移台和竖直平移台来调整样品与入射光源之间的距离和高度；电动位移台在空间旋转范围的XYZ轴由第一转盘、第二转盘、第三转盘控制。作为本专利技术的优选，所述BRDF光谱自动采集系统包括位移台驱动模块、数据采集模块、探测端驱动模块、光谱采集模块、数据存储模块；其中，所述位移台驱动模块，用于控制电动位移台动作，使样品在三维空间任意旋转；所述数据采集模块，用于对电动位移台旋转的角度、移动的位置进行采集；所述探测端驱动模块，用于控制探测系统，使其移动到所需的探测位置，同时调节望远镜焦距使其达到指定的探测口径；所述光谱采集模块，用于对样品散射光谱实时的采集，并按照命名规则将散射光谱数据存储到数据存储模块内。作为本专利技术的进一步优选，所述水平平移台、竖直平移台上的移动部均安装在精研丝杆上，通过电机驱动，实现水平方向上的前后、左右调节和竖直方向的上下的调节；行程精度：1μm，这样可实现样品位置的高精度调整。作为本专利技术的进一步优选，所述竖直平移台设置在水平平移台的移动部上；在竖直平移台的移动部上安装有转轴；所述第三转盘安装在转轴上，通过转轴实现第三转盘绕着X轴旋转；在所述第三转盘上安装有连接架，通过连接架将第三转盘与第二转盘连接；所述第二转盘通过连接杆与第一转盘连接；所述第一转盘上安装有样品盘；所述第三转盘绕着X轴旋转，旋转范围0～180°，定位精度：0.002度；所述第二转盘绕着Y轴旋转，旋转范围0～360°，定位精度：0.002度；所述第一转盘绕着Z轴旋转，旋转范围0～360°，定位精度：0.1度。作为本专利技术的更进一步优选，所述可移动平台最远探测距离为5m；所述二维旋转平台偏转角范围：0～360°，俯仰角范围：-50°～+50°；所述光谱仪波长范围199.36nm-994.96nm，光学分辨率0.47nm(FWHM)，信号噪声比6000：1满信号，A/D分辨率16位，暗噪声3RMS计数，积分时间8ms-15min，旋转精度：0.2°。作为本专利技术的更进一步优选，所述BRDF数据处理系统将测量角度转换为BRDF中对应的角度并计算出BRDF值；转换后的入射角和反射角的角度遍历范围为-90°～90°，入射方位角和反射方位角的角度遍历范围为-180°～180°。本专利技术的第二个目的在于提供一种采用上述BRDF自动测试系统对样品的BRDF值进行测量的测试方法，以解决现有测试方法操作过程繁琐，测量结果精度差，测试距离和探测视场受限的技术难题。本专利技术提供的采用上述BRDF自动测试系统对样品的BRDF值进行测量的测试方法，具体包括如下步骤：步骤S100、通过探测系统对探测角度进行设定；步骤S200、利用BRDF光谱自动采集系统中的位移台驱动模块控制电动位移台转动，同时通过探测端驱动模块控制探测系统动作，控制光谱仪采集光谱，并按照命名规范存储光谱；步骤S300、BRDF数据处理系统将BRDF光谱自动采集系统采集到的数据经过处理得到样品的BRDF数据；其中，步骤S100对探测角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BRDF自动测试系统，其特征在于，包括：太阳模拟器、电动位移台、探测系统、BRDF光谱自动采集系统、BRDF数据处理系统；其中：所述太阳模拟器的出光口前端放置有光阑，太阳模拟器作为入射光源，发出均匀的、平行的可见光束，再经过光阑限束后，将入射光垂直照射到电动位移台的样品上；所述电动位移台，用于摆放样品，实现样品在三维空间的移动和旋转；所述探测系统包括可移动平台、安装在可移动平台上的二维旋转平台、安装在二维旋转平台上的望远镜、与望远镜连接的光纤探头、通过探测光纤与光纤探头连接的光谱仪；其中，所述可移动平台绕样品0°‑360°旋转，能实现任意角度的探测，且探测距离可调；所述二维旋转平台固定在可移动平台的几何中心处，用来调节望远镜的探测角度；所述望远镜固定在二维旋转平台的旋转轴心处；所述BRDF光谱自动采集系统安装有海洋光谱软件、PC系列位移台驱动软件，BRDF光谱自动采集系统分别与电动位移台和探测系统连接，用于控制电动位移台动作，使电动位移台带动样品在空间内以任意角度旋转；同时控制探测系统的光谱仪对样品任意角度的散射光谱进行采集；所述BRDF数据处理系统与BRDF光谱自动采集系统连接，用于处理采集后的光谱数据，得到不同角度下的BRDF数据。...

【技术特征摘要】
1.一种BRDF自动测试系统，其特征在于，包括：太阳模拟器、电动位移台、探测系统、BRDF光谱自动采集系统、BRDF数据处理系统；其中：所述太阳模拟器的出光口前端放置有光阑，太阳模拟器作为入射光源，发出均匀的、平行的可见光束，再经过光阑限束后，将入射光垂直照射到电动位移台的样品上；所述电动位移台，用于摆放样品，实现样品在三维空间的移动和旋转；所述探测系统包括可移动平台、安装在可移动平台上的二维旋转平台、安装在二维旋转平台上的望远镜、与望远镜连接的光纤探头、通过探测光纤与光纤探头连接的光谱仪；其中，所述可移动平台绕样品0°-360°旋转，能实现任意角度的探测，且探测距离可调；所述二维旋转平台固定在可移动平台的几何中心处，用来调节望远镜的探测角度；所述望远镜固定在二维旋转平台的旋转轴心处；所述BRDF光谱自动采集系统安装有海洋光谱软件、PC系列位移台驱动软件，BRDF光谱自动采集系统分别与电动位移台和探测系统连接，用于控制电动位移台动作，使电动位移台带动样品在空间内以任意角度旋转；同时控制探测系统的光谱仪对样品任意角度的散射光谱进行采集；所述BRDF数据处理系统与BRDF光谱自动采集系统连接，用于处理采集后的光谱数据，得到不同角度下的BRDF数据。2.根据权利要求1所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述的BRDF自动测试系统需要安装在室内，所述的室内为光学暗室，暗室全封闭设计，且内部涂有消光漆，墙面反射率小于3％。3.根据权利要求1所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述太阳模拟器为大型太阳模拟器，辐照度为1/10太阳常数，入射角水平，光源口径30mm，发散角1.18°。4.根据权利要求1所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述的电动位移台包括水平平移台、安装在水平平移台上的竖直平移台、安装在竖直平移台上的转动平台、安装在转动平台上的样品台；所述水平平移台能够前后、左右移动；所述转动平台包括绕着X轴旋转的第三转盘、绕着Y轴旋转的第二转盘、绕着Z轴旋转的第一转盘；样品摆放在电动位移台的样品台上，通过水平平移台和竖直平移台来调整样品与入射光源之间的距离和高度；电动位移台在空间旋转范围的XYZ轴由第一转盘、第二转盘、第三转盘控制。5.根据权利要求1所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述BRDF光谱自动采集系统包括位移台驱动模块、数据采集模块、探测端驱动模块、光谱采集模块、数据存储模块；其中，所述位移台驱动模块，用于控制电动位移台动作，使样品在三维空间任意旋转；所述数据采集模块，用于对电动位移台旋转的角度、移动的位置进行采集；所述探测端驱动模块，用于控制探测系统，使其移动到所需的探测位置，同时调节望远镜焦距使其达到指定的探测口径；所述光谱采集模块，用于对样品散射光谱实时的采集，并按照命名规则将散射光谱数据存储到数据存储模块内。6.根据权利要求4所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述水平平移台、竖直平移台上的移动部均安装在精研丝杆上，通过电机驱动，实现水平方向上的前后、左右调节和竖直方向的上下的调节；行程精度：1μm，这样可实现样品位置的高精度调整。7.根据权利要求4所述的一种BRDF自动测试系统，其特征在于，所述竖直平移台设置在水平平移台的移动部上；在竖直平移台的移动部上安装有转轴；所述第三转盘安装在转轴上，通过转轴实现第三转盘绕着X轴旋转；在所述第三转盘上安装有连接架，通过连接架将第三转盘与第二转盘连接；所述第二转盘通过连接杆与第一转盘连接；所述第一转盘上安装有样品盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭勇，宋薇，贾强，蔡红星，石晶，辛敏思，姚治海，任玉，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22