一种Spectralon漫反射板校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学性质检测领域，尤其涉及一种Spectralon漫反射板校正方法。
【背景技术】
[0002] 在采集平面样品的BDRF光学特性时，入射辐射亮度值难以测定，需要用标准板代 替。对于标准板的选择有以下四个标准：
[0003] 1)用于检测辐射度的漫反射标准板，其自身的BRDF特性需要已知；
[0004] 2)标准板应具有良好的近似Lambertian特性、高反射值；
[0005] 3)当做参比测量时，标准板的大小应能被探测器的视场角（Field of View, F0V) 覆盖；
[0006] 4)需保证在测量过程中标准板的BRDF值稳定。
[0007] Spectralon漫反射板（Spectralon漫反射板）化学成分为烧结的聚四氟乙稀，当 光源接近0°天顶角入射，VIS，NIR波段范围光谱波动小，同时还具有可加工、防风雨、可清 洗的优势。
[0008] 目前，已有针对室外测量标准板通用校正方法（Jackson, 1992 ;Bruegge，2001) 〇 实验对比了 11种材质相似的Spectralon漫反射板和16种BaSCVfe。结果表明，11种 Spectralon漫反射板在定向/半球，定向/定向有着较小的差异，对Spectralon漫反射板 提出了通用的方程，而BaSO 4板由于实验过程中差异较大，通用方程并不适用。在室外试验 中，用Spectralon漫反射板代替试验中需要测量的定向/半球反射率所得结果更优。
【发明内容】
[0009] 本发明以二向反射分布函数（BRDF)推导出适用于实验室测量平面样品反射特性 的Spectralon漫反射板校正方法，用Spectralon漫反射板已知的数据进行校正，并提出了 在探测器接收天顶角方位通用的表达式，为后续试验过程缩短了时间。
[0010] 本发明所采用的具体技术方案如下：
[0011] -种Spectralon漫反射板校正方法，包括以下步骤：
[0012] 1)光源从不同天顶角照射Spectralon漫反射板，利用光谱仪从不同天顶角和方 位角采集相应的反射光谱数据；
[0013] 2)从所述反射光谱数据内截取有效波段范围内的光谱数据，并求平均值，剔除差 异相对较大的光谱数据；
[0014] 3)对剩余的光谱数据求残差平方和Rss，确定最稳定的探测器接受天顶角θ 的值，并建立任意探测器接受天顶角吣与Θ 的关系表达式；
[0015] 4)将关系表达式代入Spectralon漫反射板的BRDF表达式，完成Spectralon漫反 射板校正。
[0016] 进行反射光谱数据采集时，控制光源的方位角为0°，天顶角依次设置为0°、 10°、30°和45°，利用探测器在光源各天顶角处进行逐一采集，天顶角从0°~70°每隔 10°采集，方位角从0°~360°每隔10°采集。
[0017] 为消除环境光对测量数据的影响，需要关闭光源，控制探测器再次以同等的天顶 角和方位角采集相应的环境光谱数据，并将光源下采集的原始光源数据与环境光谱数据做 差值处理，得到步骤1)中的反射光谱数据。
[0018] 在步骤2)中，根据仪器性能及实验研宄内容，选择合适波段范围的光谱数据，作 为所述有效波段范围内的光谱数据，通常选择的有效波段范围为可见光和近红外光波段。
[0019] 在步骤2)中，根据探测器天顶角的采集间隔对光谱数据进行分组，计算每组数据 的平均值，并对光谱数据进行二次剔除处理。
[0020] 所述的二次剔除处理为：利用公式（1)对光谱数据进行初步剔除，剩余的光谱数 据求平均值，再利用公式（2)对剩余的光谱数据进行再次剔除处理；
【主权项】
1. 一种Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 光源从不同天顶角照射Spectralon漫反射板，利用光谱仪从不同天顶角和方位角 采集相应的反射光谱数据； 2) 从所述反射光谱数据内截取有效波段范围内的光谱数据，并求平均值，剔除差异相 对较大的光谱数据； 3) 对剩余的光谱数据求残差平方和Rss，确定最稳定的探测器接受天顶角0^^_的 值，并建立任意探测器接受天顶角吣与9 的关系表达式； 4) 将关系表达式代入Spectralon漫反射板的BRDF表达式，完成Spectralon漫反射板 校正。
2. 如权利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步骤1)中，控 制光源的方位角为0°，天顶角依次设置为0°、10°、30°和45°，利用探测器在光源各天 顶角处进行逐一采集，天顶角从0°~70°每隔10°采集，方位角从0°~360°每隔10° 米集。
3. 如权利要求2所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，关闭光源，控制探 测器再次以同等的天顶角和方位角采集相应的环境光谱数据，并将光源下采集的原始光源 数据与环境光谱数据做差值处理，得到步骤1)中的反射光谱数据。
4. 如权利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的有效波段 范围为可见光和近红外光波段。
5. 如权利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步骤2)中，根 据探测器天顶角的采集间隔对光谱数据进行分组，计算每组数据的平均值，并对光谱数据 进行二次剔除处理。
6. 如权利要求5所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的二次剔 除处理为：利用公式（1)对光谱数据进行初步剔除，剩余的光谱数据求平均值，再利用公式 (2)对剩余的光谱数据进行再次剔除处理；
式中，L，M分别为各组内的原始数据和对应的数据平均值，n代表依据探测器天顶角所 分组值，nl，n2分别为第一次、第二次数据矩阵，i，j分别为方位角数值和波长。
7. 如权利要求6所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述的步骤3)中 求残差平方和Rss的公式为，
式中，L，M分别为二次剔除处理后各组内的原始数据和对应的数据平均值，n3为二次 剔除处理后的光谱数据矩阵，i，j分别为方位角数值和波长，m，k分别为数据二次剔除后探 测器方位角和波段数。
8.如权利要求7所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，在步骤3)中，以 残差平方和Rss数值差异小对应的采集天顶角为稳定的探测器接收天顶角。 9?如权利要求1所述的Spectralon漫反射板校正方法，其特征在于，所述Spectralon漫反射板的BRDF表达式的求取步骤包括： 4. 1、确定初始的BRDF表达式
(3) 式中，0 光源天顶角，巾光源方位角，0 ^3探测器天顶角，为探测器方位角， 入表示波长，为反射福射立体角，ph为Spectralon漫反射板的DHRF，dl\ef为探测器 在任意天顶角下的值； 4. 2、建立最稳定天顶角的采集数据和任意天顶角的采集数据之间的校正关系式，dTref ( 0〇伞〇0r，伞r，入）=dTc，ref ( 9 " 伞〇c，伞r，入）?f(cos0 r) (4) 4. 3、将式（4)代入初始的BRDF表达式（3)，计算得到校正后的Spectralon漫反射板的BRDF表达式。
【专利摘要】本发明公开了一种Spectralon漫反射板校正方法，包括步骤：1)光源从不同天顶角照射Spectralon漫反射板，利用光谱仪从不同天顶角和方位角采集相应的反射光谱数据；2)从所述反射光谱数据内截取有效波段范围内的光谱数据，并求平均值，剔除差异相对较大的光谱数据；3)对剩余的光谱数据求残差平方和Rss，确定最稳定的探测器接受天顶角θr,degree的值，并建立任意探测器接受天顶角θr与θr,degree的关系表达式；4)将关系表达式代入Spectralon漫反射板的BRDF表达式，完成Spectralon漫反射板校正。本发明利用Spectralon漫反射板已知的数据进行校正，并计算出探测器接收天顶角方位通用的表达式，为后续试验过程缩短了时间。
【IPC分类】G01M11-02
【公开号】CN104807616
【申请号】CN201510200904
【发明人】方慧, 张昭, 张畅, 杜朋朋, 刘飞, 何勇
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月24日