摘要：为实现对样品的双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)的测量,设计了一种少光线遮拦、大回转半径和高定位精度的测量装置。根据测量空间和角度需要,设计了大回转半径(1.3 m)的方位圆环轨道和天顶弧形轨道。轨道外侧安装同步齿形带,采用伺服电机驱动带轮分别实现两个方向的运动。安装在天顶弧形轨道的探测器对位于装置中心的样品在方位角±180°,天顶角±75°范围内进行探测。为避免在大尺寸结构下的运动卡滞,设计了基于弹簧预紧的防卡死机构,并对机构引入的指向精度进行误差分析,最后对测量装置的指向精度进行了测量。实验结果表明:BRDF测量装置方位轨道指向精度优于0.147°,天顶轨道指向精度优于0.358°,测量结果与分析结果相符,验证了所设计的BRDF测量装置能够满足指标要求。

摘要：阐述了双向反射分布函数(BRDF)的定义及其测量装置的工作原理,使用紧凑型BRDF测量装置分别对空间相机常用结构材料铝合金在不同加工和表面处理工艺下的表面散射特性进行了测量和对比分析。分析了测量装置可能存在的各种误差源并采取了相应的控制措施。通过对不同加工工艺和表面处理工艺下铝合金样块BRDF测量数据的对比,为后期空间相机方案设计时加工工艺的选取提供了参考。

摘要：为了研究光路结构对双向反射分布函数测量的影响,通过在光路上增加光学器件对光束进行整形,采用探测器导轨、拉杆结合滑块的机械结构方式,结合相关检测技术实现双向反射分布函数(BRDF)测量,通过搭建原理样机实验验证了入射角度和光阑对样品散射率测量的影响.结果表明:在光源功率为1mW时,该BRDF测量系统达到10-11散射率的测量,有效提高了BRDF测量精度.

摘要：为了研究目标表面的激光散射特性,利用双向反射分布函数的方法,采用自行设计的双向反射分布函数测量装置对样品表面双向反射分布函数进行了实验测量研究。以BaSO_4粉压制板作为漫反射标准板,通过样本比值法进行对比研究,得到了样品在不同粗糙度和不同入射角下反射光的空间分布。结果表明,粗糙度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越大,镜反射现象越明显;入射角度越小,样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越小,呈现出一定的漫反射特征;反之亦然。反映出不同粗糙度表面对激光散射程度不同。

摘要：为了降低高精密使用场合下多层介质高反射薄膜的表面散射,首先从多层介质薄膜双向反射分布函数(BRDF)出发,理论分析了双向反射分布函数与薄膜界面电场强度的关系。在入射光为正入射且中心波长632.8nm处的反射率大于99%的要求下,采用SiO_(2)、Ta_(2)O_(5)两种材料设计了膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8 H/A,并分析了两种膜系界面的电场强度分布。然后以膜系G/(HL)8 H/A界面的电场分布为基础对场强进一步优化,得到了膜系G/(HL)60.4L1.6H1.5L0.5H/A。理论计算了正入射条件下三种膜系的双向反射分布函数,发现当散射角为-45°~45°时,膜系G/(HL)6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A表面的BRDF小于膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8 H/A。同时计算了三种膜系表面的总散射损耗(S),与膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8 H/A相比,优化膜系G/(HL)6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A的S降低了91.44%、37.98%。实验验证了利用膜层界面电场强度调控薄膜表面散射的有效性。

摘要：为了降低金属高反射薄膜表面微粒污染物的光学散射,分析了金属铝膜表面不同厚度的SiO_(2)保护层薄膜上半径为100 nm的球状微粒污染物球心处的电场强度,取电场强度极小值点对应的SiO_(2)薄膜的物理厚度125 nm作为SiO_(2)薄膜的优化厚度,理论计算了当波长为632.8 nm的光束正入射时,镀有优化SiO_(2)保护层的铝膜表面的双向反射分布函数(BRDF)。研究结果显示,在-90°~90°散射角内,与不镀保护层相比,优化后膜层表面污染物的散射得到了显著降低,在反射光传输方向上,镀制保护层前后B_(R)×cosθ_(s)(B_(R)为双向反射分布函数,θ_(s)为散射角)分别为0.00855和0.00048。计算了原始膜系与优化膜系表面污染物的总散射损耗,分别为0.018609和6.09264×10^(-4),优化膜系使得表面微粒的总散射降低了96.73%。最后实验镀制了四种薄膜设计,测量了相同污染条件下四种膜系表面的污染物散射情况,证实了优化SiO_(2)薄膜保护层可降低微粒污染物散射。

摘要：提出了一种基于表面双向反射分布函数(BRDF)离散测量值直接追迹散射光线的方法,以各向同性表面为例,先对随散射角离散变化的表面BRDF离散测量数据组做空间坐标转换,由散射角半球空间转换到方向余弦空间;再通过等间距赋值插等值方式得到方向余弦空间内分布的BRDF数据;然后,利用舍选抽样法不受限于累积分布函数(CDF)求解过程的优点,设计新的散射概率模型,以方向余弦空间内BRDF数值比表示离散光线的概率分布,设定检验条件筛选出散射光线的空间坐标,实现散射光线追迹。为验证本文方法的准确性与适用性,设置相同的入射角、追迹光线数量等仿真参数,编制了本文光线追迹方法的仿真程序,对不同光机元器件建模仿真,对比商用LightTools软件的仿真结果,计算二者的通用质量指数UQI作为比对评价指标。结果表明,基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法,运算结果数据准确,与商用LightTools软件的仿真结果相比,UQI值均在0.998以上,且波动范围小,本方法具有良好地适用性。

摘要：针对目前“扫描式”反射光场测量系统依赖复杂机械装置、测量效率低以及“照相式”反射光场测量系统测量角度范围小等问题,提出一种基于超广角成像的粗糙面反射光场测量方法。分析了粗糙面反射光场测量原理,优化设计了折反射超广角成像光学系统,实现了天顶角范围0~54°的周视反射光场测量;校准了反射光场测量系统的空间关系与光场强度,校准后反射光场测量最大相对误差为4.12%,周视反射光场测量平均相对误差最大为2.06%;通过模拟Labsphere Permaflect-80漫反射板、WhiteOptics-DF60漫反射板和美国ACA镜面铝板3种粗糙面的反射光场测量结果,证明了所提表面反射光场测量方法的可行性,丰富了粗糙表面反射光场的测量手段,为对材料表面光学反射特性与损伤等的测量、模拟与重构提供了研究基础与技术支撑。

摘要：针对现有散射光线追迹概率模型方案受限于解析解难以获取的问题,提出利用拒绝采样法设计基于双向反射分布函数(BRDF)的散射光线追迹概率模型,通过设置检验条件规避了积分求解过程,进而筛选出有效角度坐标,实现散射光线追迹,该方案具有适用范围广的优势。对于具有平移不变性的BRDF模型,进一步提出对称采样方案,通过将采样区域减半后再镜像提升速率。设置表面属性、入射角与追迹光线数量等仿真条件相同,编制了本文方案的仿真程序,对不同光机结构材料进行建模仿真后从重复性和精确度方面与LightTools软件运算结果作对比验证,基于拒绝采样法编制程序的仿真结果可以与软件模型结果相媲美。最后对软件中未包含的BRDF模型进行建模仿真以进一步验证上述方案的普适性。

摘要：卫星光通信系统中结构件的表面散射会直接影响信号的传输效率。因此,基于自行搭建的双向反射分布函数(BRDF)测量系统对钛合金、铝合金结构件的表面特性展开测量。首先,分析了1550 nm激光通信波长下结构表面粗糙度和入射角度等因素对BRDF分布的影响。然后,建立了结构件表面的BRDF模型,并通过模拟退火算法获得了最优模型参数。实验结果表明,建模结果与实测结果的相对均方根误差优于7.26%,根据实测数据拟合的ABg模型参数为实际工程应用中的杂散光追迹计算和系统设计提供了必要的数据参数。