(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211107038.X (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 宋维涛　袁悦　王涌天　刘越　 马诗宁　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 张利萍 (51)Int.Cl. G01N 21/25(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01J 3/28(2006.01) (54)发明名称 一种包含对比板的成像式散射属性测量系 统及测量方法 (57)摘要 本发明属于光辐射测量技术领域， 具体涉及 一种包含对比板的成像式散射属性测量系统及 测量方法， 该系统包括底板、 对比板、 准直光源、 主镜、 次镜、 聚焦透镜和成像探测器， 其中底板上 设有样品孔， 对比板安装在底板上； 主镜为凹面 反射镜， 覆盖在底板上形成一个暗室环境； 主镜 上设置有入光孔和出光孔， 多个准直光源固定在 主镜的外表 面上， 出射光线通过入光孔呈不同角 度入射至样品孔和对比板上； 次镜为凸面反射 镜， 位于暗室环境内； 聚焦透镜位于主镜远离底 板外侧， 经次镜反射的光线通过出光孔汇聚至聚 焦透镜上； 成像探测器位于聚焦透镜的出射光路 上， 且在经聚焦透镜出射的光线的成像面位置。 该系统提高了测量效率， 且成本 较低。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115184282 A 2022.10.14 CN 115184282 A 1.一种包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 包括底板、 对比板、 准直 光源、 主镜、 次镜、 聚焦透镜和成像探测器， 其中所述底板上设有样品孔， 所述对比板安装在 所述底板上； 所述主镜为凹面反射镜， 覆盖在底板上形成一个暗室环境； 所述主镜上设置有入光孔 和出光孔， 多个准直光源固定在主镜的外表面上， 出射光线通过所述入光孔呈不同角度入 射至样品孔和对比板上； 所述次镜为凸面反射镜， 位于所述暗室环境内； 所述聚焦透镜位于 主镜远离底板外侧， 经次镜反射的光线通过所述出光孔汇 聚至所述聚焦透镜上； 所述成像 探测器位于所述聚焦透 镜的出射 光路上， 且在经聚焦透 镜出射的光线的成像面 位置。 2.根据权利要求1所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 该系统还 包括设有多个入光孔的光源安装罩， 所述光源安装在位于主镜相对于底板的对侧上， 形成 半球暗室， 所述多个准直光源固定在主镜的外表面上， 出射光线通过所述入光孔呈不同角 度入射至样品孔和对比板上。 3.根据权利要求2所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 当所述测 量系统用于BRDF测量时， 所述对比板包括至少一个对比白板， 或者所述对比板包括至少一 个对比白板和至少一个对比黑板； 当所述测量系统用于BTDF检测时， 所述对比板为透光对 比板。 4.根据权利要求1所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 所述多个 准直光源沿样品孔和主镜所在光轴的垂直 面摆放。 5.根据权利要求1所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 所述 次镜 位于主镜与底板之间， 与主镜同轴放置， 且与主镜之间相互无遮挡。 6.根据权利要求1所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特征在于， 所述底板 与水平面成设定的倾 斜角度摆放， 且底板上涂有消光漆。 7.根据权利要求1至6中的任意一项所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特 征在于， 系统还包括滤光片和/或偏振片， 所述滤光片和偏振片设置在成像探测器前的光路 上。 8.根据权利要求1至6中的任意一项所述包含对比板的成像式散射属性测量系统， 其特 征在于， 成像探测器为可 见光多谱段探测器， 或者红外、 紫外 探测器。 9.一种基于权利要求1所述散射属性测量系统 的BRDF测量方法， 其特征在于， 具体过程 为： 对系统整体进行校准： 分别将朗伯标准 白板和黑板放置在样品孔处， 打开准直光源进 行拍摄， 完成系统的黑白两次校准； 将被测样品放置在样品孔下， 确保样品覆盖 到整个样品孔； 打开准直光源中的一个， 使其发出平行的可见光束均匀地照 射到样品孔中的样品以及 对比板上； 经表面反射为不同角度的反射光， 反射光线经主镜和次镜离轴反射， 穿过主镜上的出 光径， 再通过透 镜聚焦到成像探测器上， 获得 所生成的图像； 关闭打开光源， 依次打开下一个准直光源， 重复上述成像探测器捕捉图像的过程， 即可 获得一系列关于样品和对比板不同入射角的BRDF相关图像； 通过光线追迹以及所述成像探测器的内参和外参， 获得每个像素的坐标所对应的像素权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115184282 A 2值、 反射方向矢量集合、 三维坐标和法线； 确定准直光源的三维坐标， 并根据所述准直光源 的三维坐标， 确定每 个像素所对应的采样点的入射方向矢量； 根据所述像素的三维坐标、 入射方向矢量、 法线和反射方向矢量， 计算每个像素所对应 的采样点的入射方向的天顶角和方位角与反射方向的天顶角和方位角， 从而获得每个像素 与样品表面入射角和反射角的映射关系； 利用对比板所对应的成像区域像素值以及背景图像进行图像处理， 获得样品成像区域 中每个像素对应的BRDF绝对值， 再根据每个像素与样品表面反射角的映射关系， 即可一次 性获得待测样品相同入射角下将近半球采样角度的双向反射分布函数。 10.一种基于权利要求2所述散射属性测量系统的BTDF测量方法， 其特征在于， 具体过 程为： 对系统整体进行校准： 分别将标准透射散射样品和黑板插入样品孔中， 打开主镜上的 准直光源进行拍摄， 完成系统的黑白两次校准； 将被测样品插 入样品孔中， 确保样品覆盖 到整个样品孔； 关闭主镜上的准直光源， 打开光源安装罩上准直光源中的一个， 使其发出平行的可见 光束均匀地照射到样品孔中的样品以及对比板上； 经表面透射为不同角度的透射光， 透射光线经主镜和次镜离轴反射， 穿过主镜上的出 光径， 再通过透 镜聚焦到成像探测器上， 获得 所生成的图像； 关闭打开光源， 依次打开下一个准直光源， 重复上述成像探测器捕捉图像的过程， 即可 获得一系列关于样品和对比板不同入射角的BTDF相关图像； 通过光线追迹以及所述成像探测器的内参和外参， 获得每个像素的坐标所对应的像素 值、 透射方向矢量集合、 三维坐标和法线； 确定准直光源的三维坐标， 并根据所述准直光源 的三维坐标， 确定每 个像素所对应的采样点的入射方向矢量； 根据所述像素的三维坐标、 入射方向矢量、 法线和透射方向矢量， 计算每个像素所对应 的采样点的入射方向的天顶角和方位角与透射方向的天顶角和方位角， 从而获得每个像素 与样品表面入射角和透射角的映射关系； 利用对比板所对应的成像区域像素值以及背景图像进行图像处理， 获得样品成像区域 中每个像素对应的BTDF绝对值， 再根据每个像素与样品表面透射角的映射关系， 即可一次 性获得待测样品相同入射角下将近半球采样角度的双向透射分布函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115184282 A 3