北京理工大学颜色科学与工程国家专业实验室, 北京 100081
金属漆颜料制品的光谱双向反射分布函数（BRDF）与其组成成分有关, 快速准确重建出成分相近的金属漆颜料制品的光谱BRDF数据, 对指导金属漆颜料制品的光谱BRDF建模, 减少其光谱BRDF数据采集的人力物力成本具有重要意义。 基于散射光谱加和性原理, 提出了一种使用少数金属漆颜料制品的光谱BRDF数据重建出具有不同成分比例金属漆颜料制品的光谱BRDF数据的方法。 该方法将金属漆颜料制品的光谱BRDF视为其各组成部分光谱BRDF的线性组合, 通过求解线性方程组得出各组成部分的光谱BRDF, 然后通过赋予各组成部分光谱BRDF不同的权重, 采用加权求和方法重构出成分比例不同的金属漆颜料制品的光谱BRDF数据。 实验中, 以潘通金属色系列色卡中亮黄色系列的6个不同组成比例色卡为研究对象, 使用比较测量方法测量得到了其在45°入射角度下, 380~760 nm波长范围的半球反射空间的光谱双向反射分布函数（BRDF）值。 然后选择其中两个色卡求解出该系色卡的基础成分的光谱BRDF数据, 再通过赋予其基础成分的光谱BRDF数据不同的权重, 重建出其他四个成分比例不同的色卡的光谱BRDF数据。 实验结果表明, 在45°入射角度和半球反射空间范围的几何条件下, 重建出的四个色卡的光谱BRDF数据与实际测量的四个色卡的光谱BRDF数据具有较好的一致性, 最小均方根误差可达0.057%, 最大适应度系数可达99.998%。 实验结果表明, 所提出的方法具有精度较高, 计算简单易实现的特点, 可用于金属漆类颜料制品的光谱BRDF数据重建。
金属漆颜料制品 散射光谱加和性 光谱BRDF重建 Metallic coatings Additivity of scattering spectrum Reconstruction of BRDF 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2043
1 中国人民解放军陆军工程大学 石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国人民解放军陆军工程大学 石家庄校区 导弹工程系, 石家庄 050003
为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率, 充分了解地物目标的光谱方向特性, 提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性, 然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率, 将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中, 建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数; 利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率,并与实测数据作对比, 采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明, 草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高, 分别达到了0.1307和0.0896, 证实了该参数拟合方法的有效性, 同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效, 可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。
光谱学 BRDF模型 广义逆矩阵 参数拟合 spectroscopy binary reflectance distribution function generalized inverse matrix parameter fitting
1 吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130012
2 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
FY_3D卫星中分辨率成像仪（MERSI-II型）自发射以来，主要应用在气象观测、环境监测、防灾减灾等方面。FY_3D卫星过境时的观测角度会影响定标精度，基于此，提出一种基于双向反射分布函数（BRDF）模型的场地定标方法。2022年7月在敦煌校正场开展星地同步测量实验，并利用2020年7组不同时刻的无人机多角度观测数据基于6种核函数组合方式建立42种BRDF模型。针对不同观测角度下的FY_3D影像，对构建的BRDF模型进行适用性分析。并计算基于BRDF模型传感器各波段的表观反射率与卫星实测的表观反射率相对偏差。结果显示：敦煌场地BRDF模型校正地表反射率时会受卫星观测角度影响，不同模型校正地表反射率之间的差异，受时间及太阳角度的影响不超过1%，受不同核函数组合方式的影响不超过3%。FY_3D MERSI-II型2021年B1~B12波段模型计算的与卫星观测的表观反射率平均相对偏差均小于5.22%，2022年B1、B2波段模型计算的与卫星观测的表观反射率平均相对偏差超过8%，其余波段均小于5.74%。
辐射定标 BRDF模型 表观反射率 反射率基法 FY_3D MERSI-II 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2228007
星敏感器在轨工作期间周期性地受到以太阳光为主要来源的杂散光干扰，导致恒星或感知目标捕获失效，轻者姿态数据无效，重者面临被非合作目标定向攻击。在杂散光抑制过程中，遮光罩可将太阳光消减至10−5~10−6量级，从而有效减少太阳光对像面的污染。然而，在遮光罩研制过程中，因散射模型精度不高、挡光环刃口厚度无法有效测量，导致实际遮光罩消光性能达不到预期设计要求。文中在粗糙度为1.0 μm铝合金基材上测量Magic black消光涂层，并拟合出偏差小于10%的散射模型；针对挡光环刃口的特殊构造，提出利用同轴远心光路检测刃口厚度，检测精度优于1.2 μm；最后以遮光罩消光比定量测试以及外场杂散光观星测试考核遮光罩杂散光抑制性能。结果表明，用拟合后的BRDF散射模型，比朗伯散射体精度提升40%；刃口检测可保障遮光罩消光性能，使得遮光罩消光比理论仿真与实际测试偏差小于12%；暗室杂散光测试使得在24°太阳光入射时像面平均灰度为55.80；外场观星杂散光测试时精度变化量不超过0.5″。该星敏感器遮光罩检测方法可为其他光电类敏感器提供理论基础与技术支持。
星敏感器 遮光罩 杂散光抑制 BRDF 刃口检测 star sensor baffle stray light suppression BRDF edge inspection 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230450
北京理工大学 颜色科学与工程国家专业实验室， 北京 100081
通过双目观察与匹配心理物理学实验，对金属漆颜料制品在两种几何条件下进行了视觉评价，随后将金属漆颜料制品的视觉平均数据分别与基于双向反射分布函数（BRDF）数据和基于PR715分光辐射计测量结果的色貌模型预测结果进行最小二乘法线性拟合。实验结果表明，在不同几何条件下，BRDF数据均可以用来对金属漆颜料制品进行色貌预测；对于三属性预测而言，在明度和彩度方面，基于BRDF数据的色貌模型预测精度不如基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度，而在色调角方面，基于BRDF数据的色貌模型预测精度则高于基于PR715分光辐射计数据的色貌模型预测精度。
色貌模型 心理物理学实验 BRDF BRDF color appearance model psychophysical experiments
1 沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110136
壁面光谱发射率求解是飞行器红外隐身的关键技术之一。首先设计了壁面反射光路和光源，通过光谱辐射计获取壁面反射的辐射亮度序列，为尽可能地消除外界干扰对于光谱发射率求解精度的影响，基于双向长短期记忆网络，设计了Bi-LSTM亮度回归网络模型，并对测试样本进行训练学习。基于BRDF的壁面发射率求解模型及基于Bi-LSTM网络的亮度回归模型求解壁面的发射率。计算结果显示，提出的基于双向反射分布函数的壁面发射率求解方法的相对误差为12.21%，满足工程测试需求。
光谱发射率 辐射亮度 LSTM网络 BRDF spectral emissivity radiance LSTM network BRDF 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220355
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性, 基于矢量散射理论和双向反射分布函数, 建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况, 分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析, 针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析, 为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考, 疵病检测入射角范围为30°~50°最佳; 在可见光范围内时, 380~500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律, 为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。
双向反射分布函数 矢量散射 表面疵病 散射特性 显微暗场成像 BRDF vector scattering surface defect scattering characteristics microscopic dark field imaging
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210234
西安邮电大学 通信与信息工程学院, 西安 710100
为了提取目标回波信号的特征信息、提高回波信号仿真精确度, 采用地面验证实验时将回波数据记录下来对其数字仿真的方法, 将二次曲面单元作为几何建模的基础单元来建立目标几何模型, 基于目标表面的材料及双向反射分布函数实测数据, 结合遗传优化算法对不同波长的样品从不同角度来进行五参量建模。采用回波包络上升速率的区域联合判别方式, 对不同环境下目标的点回波幅值进行了实验验证。结果表明, 电压在云烟环境与理想环境下的偏差约为65.3％, 包络走势满足对目标识别的判定准则, 且在云烟环境中实现了抗干扰, 能够修正改善目标在云烟环境下回波信号的仿真模型, 提升仿真精确度。
激光技术, 信号仿真, 双向反射分布函数, 回波包络, 五 laser technique the signal simulation BRDF echo envelope five parameters anti-interference
河南师范大学 物理学院 河南省红外材料光谱测量与应用重点实验室，河南 新乡 453007
基于自行研制的双向反射分布函数（BRDF）测量装置，采用绝对测量方法在20~800 ℃的温度范围内测量了粗糙黄铜表面在近红外波段下的光谱偏振双向反射分布函数，分析了温度对BRDF的影响。结果表明，温度对黄铜表面的BRDF有明显的影响，随着温度的升高，BRDF整体呈现出稳定-增大-减小的变化趋势。对不同温度下材料表面的场扫描电镜、粗糙度和X射线衍射测试表明，温度对样品表面BRDF产生影响的主要原因是表面形貌和化学成分的改变。
光谱BRDF 黄铜 近红外 温度 spectral BRDF brass near-infrared temperature
