一种目标全尺寸BRDF测试方法技术

本发明专利技术公开了一种目标全尺寸BRDF测试方法，其由激光光源发出具有一定发散角的光束，经斩波器调制成某一频率的周期性变化的光信号，经过扩束镜对光束进行扩束准直，使去除背景杂散光的光束成为一定大小尺寸的平行光，入射到光学样品表面，去除此时背景杂散光发生的散射。将待测目标置于升降台上，测试设备围绕待测目标测量不同角度下的辐照度，使目标探测点距离不同时刻探测器光敏面的距离相同，并且通过改变升降台的高度，来实现以待测目标元件为中心的不同圆周上的散射光测量。达到对空间不同位置散射光的测量，从而实现BRDF测量。从而实现BRDF测量。从而实现BRDF测量。

【技术实现步骤摘要】
一种目标全尺寸BRDF测试方法


[0001]本专利技术涉及红外辐射测量
，特别涉及一种目标全尺寸BRDF测试方法。

技术介绍

[0002]目前红外辐射测量设备在执行动态测量时，焦平面探测器除了接收空中自身辐射能量E
t
外，不可避免的还要接收来自环境的杂散能量，杂散能量包括3部分：大气层辐射E
a
(大气散射以及云、烟、霾的散射)、被目标反射的辐射(太阳、月亮、云、地面辐射)E
p
。再考虑到大气的衰减作用，设备接收能量E为：E＝τ1E
t
+E
a
+τ2E
P
，其中τ1为大气对飞行目标红外辐射能量的衰减，τ2为大气对辐射反射能量的衰减。由此可见，探测器测量到的能量在红外辐射中很大一部分由环境反射能量构成，因此测量太阳直射辐射和天空散射辐射是环境辐射测量的重点，而目标的反射特性参数测量则是目标自身辐射参数测试的重点。
[0003]目前目标的反射特性参数由于缺乏统一有效的物理建模方法，只能通过实验测试获取数据，然后根据数据特性选取合适的BRDF函数进行描述，不同材料之间的差异性非常大，选取的BRDF函数也可能不同，因此对目标的BRDF特性测试是构建目标反射辐射模型的关键。但是目前由于测试目标材质构成复杂，目标体型较大，整机测试方法缺乏，测试困难，国内在目标辐射特性测量如空中目标的红外特性测量方法国军标规定(GJB7957
‑
2012)中就缺乏目标BRDF特性参数的测量，导致很难消除外场目标红外特征测试中反射辐射能量带来的误差。
[0004]由上可知，目标本征红外物理参数和环境辐射参数如BRDF参数密切相关，相关参数需要进一步改进测量方法，否则即使是同类目标，其测试数据受环境、目标状态影响，其差异性也会较大，测试数据在模型校核时应用困难，难以支撑模型校核和仿真验证。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术提出了一种目标全尺寸BRDF测试方法，其采用的技术方案是：
[0006]一种目标全尺寸BRDF测试系统，其特征在于：包括激光器、斩波器、扩束器和红外测试设备，所述激光器用于发射激光光束，所述斩波器用于调制接收到的光束信号将其调制成周期性变化的光信号，所述扩束器用于对调制后的光束进行扩束准直，将去除背景杂散光的光束变成平行光，所述红外测试设备用于测量待测物品的辐照度。
[0007]一种目标全尺寸BRDF测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将待测目标放置于升降台上，升降台下方设置有转台；
[0009]步骤2：用激光器发射出0
‑
30
°
发散角的光束；
[0010]步骤3：利用斩波器将步骤2的光束调制成短波或中波或长波之一的周期性变化的光信号；
[0011]步骤4：将调制后的光信号通过扩束器进行扩束准直，得到去除背景杂散光的平行光束，该平行光束入射到待测目标表面；
[0012]步骤5：通过旋转转台调整待测目标的角度，通过升降台调整待测目标的高度；
[0013]步骤6：利用红外测试设备对待测目标进行不同角度下的辐照度测量，并使目标探测点距离不同时刻探测器光敏面的距离相同，从而得到以待测目标为中心的不同圆周上的散射光测量值，实现对空间不同位置散射光的测量。
[0014]进一步地，步骤6中所述待测目标辐照度测量步骤为：
[0015]步骤61：建立基于测试光源的目标BRDF模型：
[0016]设入射辐射亮度L为：
[0017]L＝L
e
+L
s
ꢀꢀꢀ
(1)
[0018]其中，L
e
为测试光源直射辐射亮度，L
s
为背景辐射亮度，背景的红外辐射由环境的散射与大气热辐射叠加而成；
[0019]则待测目标在波段内总的辐射亮度为：
[0020][0021]其中，E
直
为光源照射在目标处的直射辐射度，θ
i
为目标观测俯仰角，φ
i
为目标观测方位角，f
r
为目标表面材料光谱BRDF；
[0022]步骤62：通过公式(2)测量目标的辐射亮度，并采用修正的五参数模型进行数据拟合计算得到为目标表面材料光谱BRDF，所述修正的五参数模型公式为：
[0023][0024]其中，θ
i
为入射俯仰角，θ
r
为反射俯仰角，为相对方位角；k
b
，k
d
，b，a，k
r
为待定参数；为遮蔽函数，通常情况下不考虑遮蔽函数，令为目标表面小面源法线的分布函数；exp[b
·
(1
‑
cosγ)
a
]为菲涅耳反射函数的近似描述。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术提出的目标全尺寸BRDF测试方法以转台为承载基础，实现大型飞机等升降和水平旋转，获得各个角度的飞机测试部位反射值。以五参数模型进行数据拟合计算，实现各部位BRDF特性计算，解决大型飞机等目标因结果不规则、材质不一致等情况检测带来的难题。
附图说明
[0027]图1为基于测试光源的目标BRDF模型示意图；
[0028]图2为BRDF特性测试示意图；
具体实施方式
[0029]为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本专利技术的技术方案，下面从支撑理论、实施例、附图对本专利技术的技术方案做进一步的描述。
[0030]一、以BRDF函数为背景
[0031]双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)能够对基本的光学特性进行表征，其表征的是某方向的入射光在光学表面半球区域内呈现的反射能量分布情况。此反射现象和元件表面的粗糙情况、辐射光波长以及偏振等要素有关。将光束投射到面积足够且相对同质的材料表层来对其进行光谱特性以及反射特性的描述，按照此时的辐射量就能得到双向反射分布函数。
[0032]假设入射辐射亮度L为：
[0033]L＝L
e
+L
s
ꢀꢀꢀ
(1)
[0034]L
e
为测试光源直射辐射亮度，L
s
为背景辐射亮度，其为背景的红外辐射由环境的散射与大气热辐射叠加而成。
[0035]结合附图1，则目标在波段内总的辐射亮度为：
[0036][0037]其中，E
直
为光源照射在目标处的直射辐射度，θ
i
为目标观测俯仰角，φ
i
为目标观测方位角，f
r
为目标表面材料光谱BRDF。
[0038]针对目标蒙皮辐射特点拟用修正的五参数模型进行数据拟合计算：
[0039][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目标全尺寸BRDF测试系统，其特征在于：包括激光器、斩波器、扩束器和红外测试设备，所述激光器用于发射激光光束，所述斩波器用于调制接收到的光束信号将其调制成周期性变化的光信号，所述扩束器用于对调制后的光束进行扩束准直，将去除背景杂散光的光束变成平行光，所述红外测试设备用于测量待测物品的辐照度。2.一种目标全尺寸BRDF测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将待测目标放置于升降台上，升降台下方设置有转台；步骤2：用激光器发射出0
‑
30
°
发散角的光束；步骤3：利用斩波器将步骤2的光束调制成短波或中波或长波之一的周期性变化的光信号；步骤4：将调制后的光信号通过扩束器进行扩束准直，得到去除背景杂散光的平行光束，该平行光束入射到待测目标表面；步骤5：通过旋转转台调整待测目标的角度，通过升降台调整待测目标的高度；步骤6：利用红外测试设备对待测目标进行不同角度下的辐照度测量，并使目标探测点距离不同时刻探测器光敏面的距离相同，从而得到以待测目标为中心的不同圆周上的散射光测量值，实现对空间不同位置散射光的测量。3.如权利要求2所述的一种目标全尺寸BRDF测试方法，其特征在于，步骤6中所述待测目标辐照度测量步骤为：步骤61：建立基于测试光源的目标BRDF模型：设入射辐射亮度L为：L＝L
e
+L...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，杨尧，吉波，陈晓莉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：