CN115356298A - Brdf测量系统、方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Brdf测量系统、方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质，涉及光学测量技术领域，该系统包括：黑体辐射源、多波段光谱辐射计和控制器；黑体辐射源加热至目标温度将发生固液相变；多波段光谱辐射计用于对黑体辐射源进行测量，并将测量到的第一测量信号发送至控制器，多波段光谱辐射计还用于在黑体辐射源照射待测点的情况下对待测点进行测量，并将测量到的第二测量信号发送至控制器；控制器用于基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率。本发明提供的BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质，能提高BRDF测量的测量准确性和测量效率。

Description

BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质。
背景技术
BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function，双向反射分布函数），可以用于定义给定入射方向上的光谱辐射照度如何影响给定出射方向上的辐射率，即BRDF可以用于描述物体表面的光谱和空间反射特性。BRDF测量对于光学辐射研究具有重要意义。
现有技术中，可以基于BRDF测量系统进行BRDF测量。但是，现有的BRDF测量系统的测量准确率不高。因此，如何提高BRDF测量系统的测量准确率，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中的BRDF测量系统的测量准确率不高的缺陷，实现提高BRDF测量系统的测量准确率。
本发明提供一种BRDF测量系统，包括：黑体辐射源、多波段光谱辐射计和控制器；所述多波段光谱辐射计与所述控制器连接；
所述黑体辐射源加热至目标温度将发生固液相变；
所述多波段光谱辐射计用于对所述黑体辐射源进行测量，并将测量到的第一测量信号发送至所述控制器，所述多波段光谱辐射计还用于在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量，并将测量到的第二测量信号发送至所述控制器；
所述控制器用于基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率；
其中，所述目标几何关系包括所述多波段光谱辐射计、所述黑体辐射源以及所述待测点之间的几何关系；所述目标映射关系包括所述多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，所述多波段光谱辐射计配置有目镜；
所述多波段光谱辐射计可基于所述目镜对所述待测点进行定标。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，还包括：非线性测量装置；所述非线性测量装置与所述控制器连接；
所述非线性测量装置用于在所述多波段光谱辐射计对所述黑体辐射源进行测量之前，以及在所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射所述待测点的情况下对所述待测点进行测量之前，对所述多波段光谱辐射计进行线性标定，获取所述目标映射关系，并将所述目标映射关系发送至所述控制器。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，所述多波段光谱辐射计可提供的视场包括第一视场和第二视场；所述第一视场大于所述第二视场；
所述多波段光谱辐射计利用所述第二视场对所述黑体辐射源进行测量，利用所述第一视场在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，还包括：测量装置；所述测量装置与所述控制器连接；
所述测量装置用于在所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射所述待测点的情况下，获取所述黑体辐射源、所述多波段光谱辐射计和所述待测点之间的相对位置信息，并将所述相对位置信息发送至所述控制器；
所述控制器用于基于所述相对位置信息，获取所述目标几何关系。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，还包括：机械装置；所述机械装置与所述控制器连接；所述机械装置还与所述黑体辐射源和所述多波段光谱辐射计连接；
所述控制器用于基于用户的输入，获取所述目标几何关系，并向所述机械装置发送所述目标几何关系对应的控制指令；
所述机械装置用于响应于所述控制指令，对所述黑体辐射源和/或所述多波段光谱辐射计的位置进行控制。
根据本发明提供的一种BRDF测量系统，所述控制器用于基于所述第一测量信号和所述目标映射关系，获取第一光谱辐射亮度，基于所述第二测量信号和所述目标映射关系，获取第二光谱辐射亮度之后，基于所述第一光谱辐射亮度、所述第二光谱辐射亮度、所述目标几何关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率。
本发明还提供一种BRDF测量方法，基于如上任一所述BRDF测量系统实现，包括：
获取第一测量信号，所述第一测量信号为多波段光谱辐射计对黑体辐射源进行测量得到的；
获取第二测量信号，所述第二测量信号为所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量得到的；
基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率；
其中，所述目标几何关系包括所述多波段光谱辐射计、所述黑体辐射源以及所述待测点之间的几何关系；所述目标映射关系包括所述多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述BRDF测量方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述BRDF测量方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述BRDF测量方法。
本发明提供的BRDF测量系统、方法、电子设备及存储介质，BRDF测量系统包括加热至目标温度的情况下将发生固液相变的黑体辐射源、多波段光谱辐射计和控制器，能基于多波段光谱辐射计对上述黑体辐射源进行测量得到的第一测量信号、多波段光谱辐射计在上述黑体辐射源照射待测点的情况下对上述待测点进行测量得到的第二测量信号、多波段光谱辐射计、上述黑体辐射源和上述待测点之间的几何关系、多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系以及上述黑体辐射源的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率，能提高BRDF测量的测量准确性和测量效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为BRDF测量的原理示意图；
图2是本发明提供的BRDF测量系统的结构示意图；
图3是基于本发明提供的BRDF测量系统进行BRDF测量的原理示意图；
图4是本发明提供的BRDF测量方法的流程示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，物体表面工艺处理的差异性以及特殊手段，改变了正常光照在物体表面的反射特性，例如拉丝不锈钢、CD光盘等。物体表面的反射特性通常是唯一的，BRDF反射率可以用于描述物体表面的光谱和空间反射特性。
图1为BRDF测量的原理示意图。如图1所示，若入射光线沿I方向入射物体表面的某一点后，沿R方向出射，则该物体表面该点的BRDR反射率可以通过以下公式计算得到：
Figure 364259DEST_PATH_IMAGE001
通常情况下，基于传统的BRDF测量系统通常包括传统光源、多维转动系统和探测器。其中，上述多维转动系统可以在两个方向上旋转。
漫反射，指投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。漫反射板可以近似认为是朗伯体，在光学辐射研究中应用广泛。
基于上述传统的BRDF测量系统对漫反射板进行BRDF测量时，通常将漫反射板固定于多维转动系统上，由多维转动系统带动漫反射板转动，传统光源对漫反射板进行照射，从而可以利用探测器，对漫射板进行BRDF测量。
基于上述传统的BRDF测量系统对漫反射板进行BRDF测量存在以下缺陷，第一，上述传统光源的稳定性不高，严重影响对漫反射板进行BRDF测量的准确性。并且，由于上述探测器仅能收集到出射方向上较小立体角内的光线，采集到的信号较小，难以保证出射光线的测量信噪比；
第二，漫反射板表面任意两个位置点的反射特性都可能存在差异，而上述探测器并无瞄准功能，难以确保对漫反射板进行BRDF测量的准确性；
第三，上述传统光源通常采用单色仪进行分光，形成单波长的光源，或者上述传统光源为单波长的激光光源。而上述探测器则采用光电倍增管、硅探测器或铟镓砷探测器。在测量过程中，采用单波长扫描的方式进行BRDF测量，测量时间较长，测量效率较低。
对此，本发明提供一种BRDF测量系统，包括加热至目标温度的情况下将发生固液相变的黑体辐射源和多波段光谱辐射计。基于本发明提供的BRDF测量系统，可以更准确、更高效地进行BRDF测量。
图2是本发明提供的BRDF测量系统的结构示意图。下面结合图2对本发明提供的BRDF测量系统进行描述，如图2所示，BRDF测量系统，包括：黑体辐射源201、多波段光谱辐射计202和控制器203；多波段光谱辐射计202与控制器203连接。
黑体辐射源201加热至目标温度将发生固液相变。
具体地，本发明实施例中将发生固液相变的高温固定点黑体辐射源201，作为BRDF测量系统中的光源。
上述黑体辐射源201在相变时温度不变。在将黑体辐射源201供电加热至目标温度的情况下，上述黑体辐射源201开始由固态转换为液态。虽然继续吸收热量，更多的固态黑体辐射源201黑体转化为液态黑体辐射源201。在上述黑体辐射源201全部转化为液态的情况下，上述黑体辐射源201的温度才发生变化。上述黑体辐射源201在整个相变期间温度不变。
由于黑体辐射源201的光谱辐射量与黑体辐射源201的温度相关，而上述黑体辐射源201在整个相变期间的光谱辐射量不变，因此相较于传统的BRDF测量方法中所使用的传统光源，上述黑体辐射源201的稳定性远远高于传统光源的稳定性。基于上述黑体辐射源201进行BRDF测量，可以提高BRDF测量的准确率。
需要说明的是，黑体辐射源201所处环境的环境温度为室温。黑体辐射源201作为一个整体，内部采用石墨环连接，发生固液相变的部分近似在石墨环中间，采用的是金属碳-碳共晶点材料，直径从几毫米到十几毫米不等。
需要说明的是，上述目标温度基于上述黑体辐射源201的性质确定。本发明实施例中对上述目标温度不作具体限定。
可选地，上述黑体辐射源201可以为WC-C黑体辐射源；相应地，上述目标温度可以为3021K。
可选地，上述黑体辐射源201还可以为Re-C黑体辐射源；相应地，上述目标温度可以为2747K。
需要说明的是，本发明提供的BRDF测量系统可以用于对任意物体进行BRDF测量。以下以对漫反射板表面进行BRDF测量为例，说明本发明提供的BRDF测量系统。
图3是基于本发明提供的BRDF测量系统进行BRDF测量的原理示意图。如图3所示，多波段光谱辐射计202用于对黑体辐射源201进行测量，并将测量到的第一测量信号发送至控制器203，多波段光谱辐射计202还用于在黑体辐射源201照射待测点的情况下，对待测点进行测量，并将测量到的第二测量信号发送至控制器203。
需要说明的是，如图3所示，本发明实施例中的待测点可以用O表示，上述待测点可以为待测漫反射板301表面的任意一点，上述待测点还可以是基于实际情况，在待测漫反射板301表面确定的预设点。
需要说明的是，上述黑体辐射源201的光谱辐射亮度，与在上述黑体辐射源201照射待测点的情况下待测点的光谱辐射亮度的差值在3个量级以上，甚至可以高达4至5个量级，因此，本发明实施例中探测器，为可以对上述黑体辐射源201进行全光谱扫描的多波段光谱辐射计202。
其中，全光谱（Full Spectrum），指的是光谱中包含紫外光、可见光、红外光的光谱曲线。
可选地，本发明实施例中的多波段光谱辐射计202，可以为宽谱段的阵列式光谱辐射计。
通常情况下，传统的BRDF系统采用单波长光测量，线性测量只要在量值动态范围区间进行测量即可。但多波段光谱辐射计202对杂散光的抑制比较低。
原理上多波段光谱辐射计202在波长
Figure 719017DEST_PATH_IMAGE002
处仅能接收波长
Figure 372852DEST_PATH_IMAGE002
的光，然而，在波长
Figure 129456DEST_PATH_IMAGE003
的 光照射多波段光谱辐射计202的情况下，多波段光谱辐射计202在波长
Figure 515438DEST_PATH_IMAGE004
处可能也会存在响 应，响应的值可能是波长
Figure 124536DEST_PATH_IMAGE003
的光信号的万分之一。
当多波段光谱辐射计202对两个不同光源进行测量的情况下，若上述两个不同光源的相对光谱分布存在差异，则多波段光谱辐射计202测量到的两个光源比值，并不等同于上述两个光源的真实比值。
而待测漫反射板301的光谱曲线平坦，反射率接近于1，与上述黑体辐射源201的光谱曲线形状几乎相同，因此，多波段光谱辐射计202对上述黑体辐射源201和对上述待测点进行测量的过程中，可以忽略带内杂散光的影响，仅考虑非线性的影响。
控制器203用于基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源201的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率。
其中，目标几何关系包括多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系；目标映射关系包括多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
具体地，控制器203接收到多波段光谱辐射计202发送的第一测量信号和第二测量信号之后，可以基于上述第一测量信号、上述第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及上述黑体辐射源201的尺寸参数，通过数值计算的方式，计算得到待测点的BRDF反射率。
需要说明的是，上述目标几何关系、上述目标映射关系以及上述黑体辐射源201的尺寸参数可以是控制器203预先获取的。
可选地，控制器203可以通过多种方式获取上述目标几何关系、上述目标映射关系以及上述黑体辐射源201的尺寸参数，例如：控制器203可以基于用户的输入获取上述黑体辐射区的尺寸参数，还可以接收其他电子设备发的上述目标几何关系和上述目标映射关系。
需要说明的是，目标几何关系，可以包括多波段光谱辐射计202的光学接收表面中心点与待测点之间的距离、上述黑体辐射源201的出光口中心点与待测点之间的距离、上述黑体辐射源201的出光口中心点与待测点的第一连线与待测漫反射板301之间的夹角、多波段光谱辐射计202的光学接收表面中心点与待测点的第二连线与待测漫反射板301之间的夹角以及上述第一连线与上述第二连线之间的夹角中的至少一种。
需要说明的是，上述黑体辐射源201的尺寸参数，包括上述黑体辐射源201的出光口的半径。
实验表明，基于本发明提供的BRDF测量系统对待测漫反射板301表面的待测点进行BRDF测量的总时长在10分钟之内，相较于基于传统的BRDF测量系统对待测漫反射板301表面的待测点进行BRDF测量的时长缩短了数倍。
本发明实施例中的BRDF测量系统，包括加热至目标温度的情况下将发生固液相变的黑体辐射源、多波段光谱辐射计和控制器，能基于多波段光谱辐射计对上述黑体辐射源进行测量得到的第一测量信号、多波段光谱辐射计在上述黑体辐射源照射待测点的情况下对上述待测点进行测量得到的第二测量信号、多波段光谱辐射计、上述黑体辐射源和上述待测点之间的几何关系、多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系以及上述黑体辐射源的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率，能提高BRDF测量的测量准确性和测量效率。
基于上述各实施例的内容，多波段光谱辐射计202配置有目镜。
多波段光谱辐射计202可基于目镜对待测点进行定标。
通常情况下，传统的BRDF测量系统中的探测器并无瞄准功能，需要经过严格的几何定位，才能确保对待测点进行BRDF测量的准确性，操作繁琐，严重影响BRDF测量的测量效率。
本发明实施例中的多波段光谱辐射计202配置有目镜，可以基于上述目镜对待测点进行定标，有助于多波段光谱辐射计202更准确、更高效的瞄准待测点，从而可以基于BRDF系统更准确、更高效地对待测点进行BRDF测量。
基于上述各实施例的内容，还包括：非线性测量装置；非线性测量装置与控制器203连接。
非线性测量装置用于在多波段光谱辐射计202对黑体辐射源201进行测量之前，以及在多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量之前，对多波段光谱辐射计202进行线性标定，获取目标映射关系，并将目标映射关系发送至控制器203。
具体地，在多波段光谱辐射计202对上述黑体辐射源201以及在上述黑体辐射源201照射待测点的情况下对上述待测点进行测量之前，非线性测量装置可以对多波段光谱辐射计202进行线性标定。
非线性测量装置对多波段光谱辐射计202进行线性标定的过程中，测量动态范围至少可以覆盖4至5个量级，最多可以覆盖6个量级。
非线性测量装置通过对多波段光谱辐射计202进行线性标定，可以获取多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系，作为目标映射关系。
非线性测量装置获取上述目标映射关系之后，可以将上述目标映射关系发送至控制器203。
本发明实施例中的BRDF测量系统还包括非线性测量装置，可以对多波段光谱辐射计进行线性标定，将获取到的多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系作为目标映射关系，并将上述目标映射关系发送至控制器，能更准确、更高效的获取上述目标映射关系。
基于上述各实施例的内容，多波段光谱辐射计202可提供的视场包括第一视场和第二视场；第一视场大于第二视场。
多波段光谱辐射计202利用第二视场对黑体辐射源201进行测量，利用第一视场在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量。
具体地，本发明实施例中的多波段光谱辐射计202内部集成有衰减片，且可以提供两个不同的视场，分别为视场较大的第一视场和视场较小的第二视场。
可选地，本发明实施例中第一视场可接收信号的范围，是第二视场可接收信号的范围的100倍。
需要说明的是，黑体辐射源的辐射亮度201超过多波段辐射计202的测量上限。本发明实施例中多波段光谱辐射计202内部集成有衰减片，利用第二视场进行测量时，多波段光谱辐射计202的测量上限可覆盖上述黑体辐射源201的光谱辐射亮度。
需要说明的是，通过设计适当的光路，辐射源的光谱辐射照度和光谱辐射亮度可以基于辐射源、光谱辐射计和待测点之间的几何关系进行转换计算，上述黑体辐射源201和积分球光源都满足上述情形。然而，积分球光源的光谱辐射亮度比上述黑体辐射源201的光谱辐射亮度低3个量级以上，积分球光源的光谱辐射亮度的上限，比上述多波段光谱辐射计202利用第二视场进行测量时多波段光谱辐射计202的测量上限低2个量级。
在多波段光谱辐射计202的内部未集成衰减片的情况下，多波段光谱辐射计202虽然可以直接对积分球光源进行测量，但是在积分球光源照射待测漫反射板301的表面的情况下，待测漫反射板301表面产生的光谱辐射亮度明显偏弱，多波段光谱辐射计202利用第一视场无法准确测量上述光谱辐射亮度明显偏弱的光信号，必须采用多波段光谱辐射计202结合锁相放大器对上述光信号进行放大测量。
本发明实施例中多波段光谱辐射计202利用视场较小的第二视场，对上述黑体辐射源201进行测量，利用视场较大的第一视场，在上述黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量，能使得多波段光谱辐射计202可测量的动态区间至少覆盖4至5个量级，从而能覆盖上述黑体辐射源201的光谱辐射亮度以及待测点的光谱辐射亮度。
基于上述各实施例的内容，控制器用于基于第一测量信号和目标映射关系，获取第一光谱辐射亮度，基于第二测量信号和目标映射关系，获取第二光谱辐射亮度之后，基于第一光谱辐射亮度、第二光谱辐射亮度、目标几何关系以及黑体辐射源的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率。
具体地，上述第一连线与待测漫反射板301之间的夹角可以用
Figure 316483DEST_PATH_IMAGE005
表示。上述第一连 线与上述第二连线之间的夹角可以用
Figure 724330DEST_PATH_IMAGE006
表示。其中，
Figure 874689DEST_PATH_IMAGE007
的取值范围在(0,180)之间。
以下以
Figure 439925DEST_PATH_IMAGE008
为90°，上述第一连线与上述第二连线之间的夹角为
Figure 701142DEST_PATH_IMAGE009
为例，说明控制 器203获取待测点的BRDF反射率的过程。
上述第一测量信号中波长
Figure 838862DEST_PATH_IMAGE010
对应的测量信号可以用于
Figure 894543DEST_PATH_IMAGE011
表示。
上述第二测量信号中波长
Figure 711189DEST_PATH_IMAGE012
对应的测量信号可以用于
Figure 808720DEST_PATH_IMAGE013
表示。
上述黑体辐射源201发出的波长
Figure 394422DEST_PATH_IMAGE010
的光的光谱辐射亮度可以用
Figure 621004DEST_PATH_IMAGE014
表示。
在上述黑体辐射源201照射待测点的情况下，上述待测点反射的波长
Figure 659368DEST_PATH_IMAGE015
的光的光 谱辐射亮度可以用于
Figure 934491DEST_PATH_IMAGE016
表示。
在光谱辐射亮度为
Figure 876165DEST_PATH_IMAGE017
的情况下多波段光谱辐射计202的灵敏度可以用
Figure 70386DEST_PATH_IMAGE018
表示。
在光谱辐射亮度为
Figure 861624DEST_PATH_IMAGE019
的情况下多波段光谱辐射计202的灵敏度可以用
Figure 737176DEST_PATH_IMAGE020
表示。
控制器203可以基于上述目标映射关系，确定
Figure 798935DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 39424DEST_PATH_IMAGE022
。
控制器203基于
Figure 52379DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 997201DEST_PATH_IMAGE024
，可以计算得到
Figure 208740DEST_PATH_IMAGE025
，具体计算公式如下：
Figure 715070DEST_PATH_IMAGE026
控制器203基于
Figure 949742DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 104780DEST_PATH_IMAGE020
，可以计算得到
Figure 374087DEST_PATH_IMAGE028
，具体计算公式如下：
Figure 284274DEST_PATH_IMAGE029
需要说明的是，在多波段光谱辐射计202存在非线性的情况下，
Figure 570025DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 591070DEST_PATH_IMAGE031
具有以下关系：
Figure 980463DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 999235DEST_PATH_IMAGE033
表示在光谱辐射亮度为
Figure 208499DEST_PATH_IMAGE034
的情况下多波段光谱辐射计202的 非线性修正值。
Figure 522982DEST_PATH_IMAGE035
的具体取值可以基于多波段光谱辐射计202的设计参数和性能参数 确定。
控制器203计算得到
Figure 563619DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 815609DEST_PATH_IMAGE037
之后，可以基于
Figure 777749DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 907641DEST_PATH_IMAGE037
，以及上 述黑体辐射源201的出光口的中心点与待测点之间的距离
Figure 678151DEST_PATH_IMAGE039
和上述黑体辐射源201的出光 口的半径r，计算得到待测点在波长
Figure 101042DEST_PATH_IMAGE040
处的BRDF反射率
Figure 347215DEST_PATH_IMAGE041
，具体计算公式如下：
Figure 513755DEST_PATH_IMAGE042
将公式（2）和公式（3）带入公式（5），得到：
Figure 968132DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 827504DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 170760DEST_PATH_IMAGE045
关系由公式（4）确定。
基于公式（6）可以计算得到
Figure 140990DEST_PATH_IMAGE046
。
需要说明的是，在上述第一连线与待测漫反射板301之间的夹角不为90°的情况 下，可以用
Figure 213988DEST_PATH_IMAGE047
表示上述第一连线与待测漫反射板301的法线之间的夹角，可以用
Figure 542464DEST_PATH_IMAGE048
表示 第三连线与水平方向的夹角，上述第三连线为上述黑体辐射源201的出光口的中心点在待 测漫反射板301上的垂直投影点与待测点的连线。上述黑体辐射源201的出光口的中心点的 坐标可以用
Figure 435334DEST_PATH_IMAGE049
表示。
相应地，可以用
Figure 943675DEST_PATH_IMAGE050
表示上述第二连线与待测漫反射板301的法线之间的夹角，可 以用
Figure 808863DEST_PATH_IMAGE051
表示第四连线与水平方向的夹角，上述第三连线为多波段光谱辐射计202的光学接 收表面中心点在待测漫反射板301上的垂直投影点与待测点的连线。上述多波段光谱辐射 计202的光学接收表面中心点的坐标可以用
Figure 744458DEST_PATH_IMAGE052
表示。
基于上述公式（2）至公式（6），可以计算得到在上述第一连线与待测漫反射板301 之间的夹角为
Figure 891668DEST_PATH_IMAGE053
，上述第一连线与上述第二连线之间的夹角为
Figure 438DEST_PATH_IMAGE054
的情况下，待测点在波长
Figure 782449DEST_PATH_IMAGE055
处的BRDF反射率
Figure 154525DEST_PATH_IMAGE056
。
需要说明的是，BRDF反射率的计算与光谱辐射照度和光谱辐射亮度相关。基于本发明提供的BRDF系统对待测漫反射板301表面的待测点进行BRDF测量时，一方面需要对上述黑体辐射源201的光谱辐射照度进行准确测量，另一方面，在上述黑体辐射源201照射待测点的情况下，测量待测点反射的光线的光谱辐射亮度，涉及目标几何关系的测量和辐射信号的测量。
因此，基于本发明提供的BRDF系统对待测漫反射板301表面的待测点进行BRDF测量的过程中，BRDF测量的准确性除了涉及目标几何关系和辐射信息的测量准确性，还增加了对上述黑体辐射源201的测量。
并且，在本发明实施例中，两个辐射量值水平下的光谱辐射亮度是可以抵消掉的，最终的BRDF测量仅与目标几何关系相关。而几何关系测量的准确率显著高于光谱辐射照度测量的准确性。其中，光谱辐射照度的单位W/m2，本身已经涉及到功率和面积两个量。
本发明实施例中控制器能基于通过数值计算的方式，更高效、更准确地计算得到待测点的BRDF反射率，能进一步提高BRDF测量系统的测量准确率和测量效率。
基于上述各实施例的内容，还包括：测量装置；测量装置与控制器203连接。
测量装置用于在多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下，获取黑体辐射源201、多波段光谱辐射计202和待测点之间的相对位置信息，并将相对位置信息发送至控制器203。
控制器203用于基于相对位置信息，获取目标几何关系。
具体地，本发明实施例中的测量装置，可以通过红外线传感器、图像传感器等，对上述黑体辐射源201、多波段光谱辐射计202和待测点之间的相对位置进行测量，并将测量得到的相对位置信息发送至控制器203。
控制器203在接收到测量装置发送的上述相对位置信息之后，可以基于上述相对位置信息，通过数值计算的方式，获取上述多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系，作为目标几何关系。
本发明实施例中的BRDF测量系统还包括测量装置，能基于上述测量装置，自动获取多波段光谱辐射计、黑体辐射源以及待测点之间的几何关系，作为目标几何关系，能提高BRDF测量系统的自动化水平。
基于上述各实施例的内容，还包括：机械装置；机械装置与控制器203连接；机械装置还与黑体辐射源201和多波段光谱辐射计202连接。
控制器203用于基于用户的输入，获取目标几何关系，并向机械装置发送目标几何关系对应的控制指令。
机械装置用于响应于控制指令，对黑体辐射源201和/或多波段光谱辐射计202的位置进行控制。
具体地，用户可以基于实际需求，确定目标几何关系。
用户确定目标几何关系之后，可以向控制器203输入上述目标几何关系。
控制器203可以基于用户的输入，获取上述目标几何关系，并可以生成上述目标几何关系对应的控制指令。
控制器203生成上述目标几何关系对应的控制指令之后，可以将上述控制指令发送至机械装置。
机械装置在接收到上述控制指令之后，可以响应于上述控制指令，对上述黑体辐射源201和/或多波段光谱辐射计202的位置进行控制，以使得上述黑体辐射源201、多波段光谱辐射计202和待测点之间的几何关系为上述目标几何关系。
本发明实施例中的BRDF测量系统还包括机械装置，能基于用户确定的目标几何关系，实现对上述黑体辐射源和/或多波段光谱辐射计的位置的自动控制，能提高BRDF测量系统的自动化水平。
图4是本发明提供的BRDF测量方法的流程示意图。下面结合图4描述本发明的BRDF测量方法。如图4所示，该方法包括：步骤401、获取第一测量信号，第一测量信号为多波段光谱辐射计202对黑体辐射源201进行测量得到的；
步骤402、获取第二测量信号，第二测量信号为多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量得到的；
步骤403、基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源201的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率；
其中，目标几何关系包括多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系；目标映射关系包括多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
需要说明的是，本发明实施例的执行主体为本发明提供的BRDF测量系统。本发明提供的BRDF测量方法，仅在基于本发明提供的BRDF测量系统的执行的情况下，才可以实现对待测点的BRDF测量。
需要说明的是，本发明提供的BRDF测量方法的具体过程可以参见上述各实施例的内容，本发明实施例中不再赘述。
基于上述各实施例的内容，获取第一测量信号之前，还包括：对多波段光谱辐射计202进行线性标定，获取多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
本发明实施例通过基于多波段光谱辐射计对上述黑体辐射源进行测量得到的第一测量信号、多波段光谱辐射计在上述黑体辐射源照射待测点的情况下对上述待测点进行测量得到的第二测量信号、多波段光谱辐射计、上述黑体辐射源和上述待测点之间的几何关系、多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系以及上述黑体辐射源的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率，能提高BRDF测量的测量准确性和测量效率。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）510、通信接口（Communications Interface）520、存储器（memory）530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行BRDF测量方法，该方法包括：获取第一测量信号，第一测量信号为多波段光谱辐射计202对黑体辐射源201进行测量得到的；获取第二测量信号，第二测量信号为多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量得到的；基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源201的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率；其中，目标几何关系包括多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系；目标映射关系包括多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的BRDF测量方法，该方法包括：获取第一测量信号，第一测量信号为多波段光谱辐射计202对黑体辐射源201进行测量得到的；获取第二测量信号，第二测量信号为多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量得到的；基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源201的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率；其中，目标几何关系包括多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系；目标映射关系包括多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的BRDF测量方法，该方法包括：获取第一测量信号，第一测量信号为多波段光谱辐射计202对黑体辐射源201进行测量得到的；获取第二测量信号，第二测量信号为多波段光谱辐射计202在黑体辐射源201照射待测点的情况下对待测点进行测量得到的；基于第一测量信号、第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及黑体辐射源201的尺寸参数，获取待测点的BRDF反射率；其中，目标几何关系包括多波段光谱辐射计202、黑体辐射源201以及待测点之间的几何关系；目标映射关系包括多波段光谱辐射计202的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种BRDF测量系统，其特征在于，包括：黑体辐射源、多波段光谱辐射计和控制器；所述多波段光谱辐射计与所述控制器连接；
所述黑体辐射源加热至目标温度将发生固液相变；
所述多波段光谱辐射计用于对所述黑体辐射源进行测量，并将测量到的第一测量信号发送至所述控制器，所述多波段光谱辐射计还用于在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量，并将测量到的第二测量信号发送至所述控制器；
所述控制器用于基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率；
其中，所述目标几何关系包括所述多波段光谱辐射计、所述黑体辐射源以及所述待测点之间的几何关系；所述目标映射关系包括所述多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
2.根据权利要求1所述的BRDF测量系统，其特征在于，所述多波段光谱辐射计配置有目镜；
所述多波段光谱辐射计可基于所述目镜对所述待测点进行定标。
3.根据权利要求1所述的BRDF测量系统，其特征在于，还包括：非线性测量装置；所述非线性测量装置与所述控制器连接；
所述非线性测量装置用于在所述多波段光谱辐射计对所述黑体辐射源进行测量之前，以及在所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射所述待测点的情况下对所述待测点进行测量之前，对所述多波段光谱辐射计进行线性标定，获取所述目标映射关系，并将所述目标映射关系发送至所述控制器。
4.根据权利要求1所述的BRDF测量系统，其特征在于，所述多波段光谱辐射计可提供的视场包括第一视场和第二视场；所述第一视场大于所述第二视场；
所述多波段光谱辐射计利用所述第二视场对所述黑体辐射源进行测量，利用所述第一视场在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量。
5.根据权利要求1所述的BRDF测量系统，其特征在于，还包括：测量装置；所述测量装置与所述控制器连接；
所述测量装置用于在所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射所述待测点的情况下，获取所述黑体辐射源、所述多波段光谱辐射计和所述待测点之间的相对位置信息，并将所述相对位置信息发送至所述控制器；
所述控制器用于基于所述相对位置信息，获取所述目标几何关系。
6.根据权利要求1所述的BRDF测量系统，其特征在于，还包括：机械装置；所述机械装置与所述控制器连接；所述机械装置还与所述黑体辐射源和所述多波段光谱辐射计连接；
所述控制器用于基于用户的输入，获取所述目标几何关系，并向所述机械装置发送所述目标几何关系对应的控制指令；
所述机械装置用于响应于所述控制指令，对所述黑体辐射源和/或所述多波段光谱辐射计的位置进行控制。
7.根据权利要求1至6任一所述的BRDF测量系统，其特征在于，所述控制器用于基于所述第一测量信号和所述目标映射关系，获取第一光谱辐射亮度，基于所述第二测量信号和所述目标映射关系，获取第二光谱辐射亮度之后，基于所述第一光谱辐射亮度、所述第二光谱辐射亮度、所述目标几何关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率。
8.一种BRDF测量方法，基于如权利要求1至7任一所述BRDF测量系统实现，其特征在于，包括：
获取第一测量信号，所述第一测量信号为多波段光谱辐射计对黑体辐射源进行测量得到的；
获取第二测量信号，所述第二测量信号为所述多波段光谱辐射计在所述黑体辐射源照射待测点的情况下对所述待测点进行测量得到的；
基于所述第一测量信号、所述第二测量信号、目标几何关系、目标映射关系以及所述黑体辐射源的尺寸参数，获取所述待测点的BRDF反射率；
其中，所述目标几何关系包括所述多波段光谱辐射计、所述黑体辐射源以及所述待测点之间的几何关系；所述目标映射关系包括所述多波段光谱辐射计的灵敏度与光谱辐射亮度之间的映射关系。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述BRDF测量方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述BRDF测量方法。
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