一种消除环境光干扰的bsdf测量系统及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料光学散射特性测量，尤其涉及一种消除环境光干扰的BSDF测量 系统及测量方法。
【背景技术】
[0002] 双向散射分布函数（Bidirectional Scattering Distribution Function，即 BSDF)是光从一个表面上的不同方向散射的强度度量。BSDF是一个既包括入射方向又包括 散射方向的函数，因此称为"双向"的。其定义为某一出射方向上的出射辐亮度与入射到材 料表面的入射辐照度的比值，其数学表达式为：
[0003]
【主权项】
1. 一种消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在于：包括机架平台、测量平台（2)、 摇臂探头机构、控制模块（6)、数据采集模块（7)和PC机（8);所述机架平台分为低平台 (11)和高平台（12); 所述测量平台（2)置于低平台（11)上，所述测量平台（2)包括旋转底座（21)、设置在 旋转底座（21)上的旋支撑架（22)，旋支撑架（22)上部具有一承重台，承重台上设置有环形 样品台（23)，环形样品台（23)的上设置有一带电动快门（4)的激光器（3)，所述激光器（3) 通过旋转杆（33)与设置在承重台上的刻度盘机构（34)连接，激光器（3)通过旋转杆（33) 能360°旋转；通过刻度盘机构（34)调节激光器（3)激光的入射天顶角； 所述环形样品台（23)包括外盖环板（232)和置于其内的内底环板（231)，所述外盖环 板（232)、内底环板（231)、旋转底座（21)的轴心重合； 所述摇臂探头机构包括摇臂（5)、设置在摇臂（5)上的光强测量探头（51)、驱动摇臂 (5)运动的驱动单元（52)，驱动单元（52)设置在高平台（12)上； 所述PC机（8)分别连接控制模块（6)和数据采集模块（7)，所述控制模块（6)连接光强 测量探头（51)，所述控制模块（6)分别连接驱动单元（52)、电动快门（4)和旋转底座（21) 的驱动机构。
2. 根据权利要求1所述的消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在于：所述驱动单 元（52)带动摇臂（5)转动，使光强测量探头（51)绕Y轴在-90°~90°范围内旋转。
3. 根据权利要求1所述的消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在于：所述内底环 板（231)上表面外缘有45°外倒角，外倒角的尺寸与内底环板（231)厚度相等；所述外盖 环板（232)下表面内缘有45°内倒角，内倒角的尺寸与外盖环板（232)的厚度相等；所述 外盖环板（232)与内底环板（231)的厚度相等。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在 于：所述激光器⑶的光轴和光强测量探头（51)正对环形样品台（23)的圆心。
5. 根据权利要求4所述的消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在于：所述控制模 块分别控制摇臂（5)、旋转底座（21)的旋转以及电动快门（4)的开合。
6. 根据权利要求4所述的消除环境光干扰的BSDF测量系统，其特征在于：所述PC机 (8)给所述控制模块输入所需的控制参数；数据采集模块将采集到的数据输入PC机（8)的 中进行数据处理并输出保存。
7. -种消除环境光干扰的BSDF测量方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所 述消除环境光干扰的BSDF测量系统进行测量，测量步骤如下： (1) 将待测样品置于环形样品台（23)上； 当被测样品为硬质时直接放置在外盖环板（232)的上面；当被测样品为软质时则先取 出外盖环板（232)，将被测样品放置在内底环板（231)表面，然后再套合上外盖环板（232)， 通过外盖环板（232)和内底环板（231)的压合来张紧、拉平被测样品； (2) 转动旋转杆（33)使激光器（3)的激光旋转到所需的入射角； 当测量双向反射分布函数时激光器（3)旋转到被测样品的上方；当测量双向透射分布 函数时激光器（3)旋转到被测样品的下方； (3) 开始进行测量； 单独测量双向反射分布函数和双向透射分布函数或者将两者合并得到双向散射分布 函数；测量时，通过PC机（8)控制电动快门（4)对激光器（3)的激光光路进行通断控制；激 光器（3)每旋转到一个测量点时，电动快门（4)先打开，测量有激光照射时的数据；然后控 制电动快门（4)闭合，测量无激光照射时的数据； (4) 数据采集模块（7)将光强测量探头（51)测量到的步骤⑵中有激光照射和无激光 照射的两种数据采集后，输送至PC机（8)中，把有激光照射时的数据减去无激光照射时的 数据，即可去除环境光的成分，得到只包含激光散射的测量数据，从而得到准确的BSDF测 量结果； (5) PC机（8)的对测量结果进一步处理，并输出所需的数据格式。
【专利摘要】本发明公开了一种消除环境光干扰的BSDF测量系统及测量方法，包括机架平台、测量平台、摇臂探头机构、控制模块、数据采集模块和PC机；测量平台包括旋转底座、设置在旋转底座上的支撑架、承重台、环形样品台、激光器等；测量时激光照射被测样品表面，经反射或透射后，通过摇臂的旋转以及样品台的自转，对半球面内各测量点的光线散射情况进行测量；测量时由电动快门对激光光路进行通断控制，每个测量点都分别测量有激光照射和无激光照射(即只有环境光)时的数据，把两种数据相减，便可去除环境光的成分，得到准确的BSDF测量数据。本系统可自动消除环境光的干扰，测量无需在暗环境中进行；广泛适用于各种材料属性的被测样品。
【IPC分类】G01N21-47
【公开号】CN104677859
【申请号】CN201510070046
【发明人】陈家晓, 李宗涛, 汤勇, 李家声, 吴宇旋, 王卉玉, 邓文君
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月10日