[发明专利]一种Spectralon漫反射板校正方法

说明书

技术领域

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

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：

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；

2)标准板应具有良好的近似Lambertian特性、高反射值；

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,FOV)覆盖；

4)需保证在测量过程中标准板的BRDF值稳定。

Spectralon漫反射板(Spectralon漫反射板)化学成分为烧结的聚四氟乙烯，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。

目前，已有针对室外测量标准板通用校正方法(Jackson,1992；Bruegge,2001)。实验对比了11种材质相似的Spectralon漫反射板和16种BaSO₄板。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BaSO₄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

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。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种Spectralon漫反射板校正方法，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θ_r,degree的值，并建立任意探测器接受天顶角θ_r与θ_r,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。

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。

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。

在步骤2)中，根据仪器性能及实验研究内容，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。

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。

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，n1，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。

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。

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。

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