[发明专利]一种海面目标pBRDF测量的模拟装置及其使用方法

权利要求书

1.一种海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，包括地面旋转测量架(1)、海面场景模拟装置(2)、偏振光发射系统(3)、接收系统(4)以及信息处理系统(5)，其中偏振光发射系统(3)和接收系统(4)均安装在地面旋转测量架(1)上；

偏振光发射系统(3)和接收系统(4)围绕海绵场景模拟装置(2)设置，且在地面旋转测量架(1)上围绕待测样品在一定的范围内做圆周运动；

偏振光发射系统(3)的运动范围小于接收系统(4)的运动范围；

所述接收系统(4)与信息处理系统(5)电学连接。

2.根据权利要求1所述的海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，所述地面旋转测量架(1)由360°方位角圆形轨道(10)、180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)、180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)组成，180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)和180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)均与360°方位角圆形轨道(10)滑动连接，180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)的直径大于180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)的直径；

偏振光发射系统(3)固定在180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)上，接收系统(4)固定在180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)上。

3.根据权利要求1所述的海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，所述海面场景模拟装置(2)包括水箱(20)、搅拌器(21)、充雾导管(22)、支架(23)、透明半圆玻璃球(24)、样品台(25)、湿度检测探头(26)与湿度显示仪(27)；所述水箱(20)上设有倾倒NaCl颗粒和纯净水的开口，底部设有搅拌器(21)；所述透明半圆玻璃球(24)一端设有充雾导管(22)洞口，玻璃球(24)与水箱(20)通过充雾导管(22)连接；所述玻璃球(24)底部设置支架(23)，支架(23)上设置样品台(25)；

所述玻璃球(24)另一端设置水雾浓度探测器探头(26)，探头(26)与玻璃球(24)外侧水雾浓度显示仪(27)电学连接。

4.根据权利要求1所述的海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，所述偏振光发射系统(3)包括固定于十字形铁杆(37)上的光源(30)、分束镜(31)、光阑Ⅰ(32)、光功率计(33)、起偏器(34)、1/4玻片(35)和光阑Ⅱ(36)；

所述光源(30)、分束镜(31)、起偏器(34)、1/4玻片(35)、光阑Ⅱ(36)同光轴，且纵向排列；

所述分束镜(31)、光阑Ⅰ(32)、光功率计(33)同光轴，且横向排列；

所述光源(30)光轴经分束镜(31)后始终有一束光照射在光功率计(33)和待测样品中心。

5.根据权利要求1所述的海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，所述接收系统(4)包括安装在180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)上的光谱仪(40)和偏振相机(41)，且光谱仪(40)和偏振相机(41)横向排列。

6.根据权利要求1所述的海面目标pBRDF测量的模拟装置，其特征在于，所述信息处理系统(5)包括计算机(50)，用于采集接收系统(4)的数据并加以计算处理，并以固定命名格式保存数据。

7.一种海面目标pBRDF测量的模拟装置的使用方法，其特征在于，应用如权利要求书1-6中任意一项所述的室内海雾模拟装置，其测量方法的步骤如下，且以下步骤顺次进行：

步骤一、设置无水雾环境下入射线偏振光：

固定各实验器材，校准圆轨零位，保持室内全黑环境，打开光源(30)，采用光源(30)加起偏器(34)的方式，获得宽谱段(400nm～760nm)的线偏振光；首先通过调整起偏器(34)，获得0°振动方向的线偏振光，使0°线偏振光通过光阑Ⅱ(36)后打在样品台(25)中心；另一束光通过光阑Ⅰ(32)后直射光功率计(33)，观察示数并保持它的稳定；

步骤二、变量设为出射方位角：

打开玻璃球(24)，在样品台(25)上放置样品，关闭玻璃球(24)；保持180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)不动，使入射天顶角、入射方位角固定；保持180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)、180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)不动，使出射天顶角不变，设定初始值为0°；驱动360°方位角圆形轨道(10)上电机，以30°为间隔，共测12个位置点，接收系统测量样品散射光谱L_s并拍摄图像进行保存；

步骤三、变量设为出射天顶角：

保持180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)不动，使入射天顶角、入射方位角固定；驱动180°天顶弧半圆滑轨Ⅱ(12)电机，使出射天顶角变为15°，重复步骤二；依次改变出射天顶角角度，间隔为15°，循环进行实验步骤二，共计进行12次；接收系统测量样品散射光谱L_s并拍摄图像进行保存；

步骤四、变量设为入射天顶角：

驱动180°天顶弧半圆滑轨Ⅰ(11)电机，改变光源(30)位置，使入射天顶角发生改变，重复进行实验步骤二和三；

步骤五、计算无水雾环境下的目标pBRDF数据：

信息处理系统(5)将从接收系统(4)获取的样品散射光谱L_s和定标板散射光谱L_b带入下方公式：

其中θ和φ分别代表天顶角和方位角，下标i和r分别代表入射方向和探测方向，ρ(λ)是定标板的半球反射率，选用接近朗伯体的标准白板作为参考板，制作材料为聚四氟乙烯，信息处理系统(5)计算得到样品pBRDF值和对应图像，并保存；

步骤六、测量不同水雾湿度环境下的目标pBRDF数据：

对玻璃球(24)按需要充入不同湿度的水雾，重复进行实验步骤二至五；信息处理系统(5)计算得到样品pBRDF值和对应图像，并保存；

步骤七、测量不同NaCl溶液浓度下的目标pBRDF数据：

据需要配比不同浓度NaCl溶液，重复进行实验步骤六；信息处理系统(5)计算得到样品pBRDF值和对应图像，并保存；

步骤八、采用光源(30)加起偏器(34)的方式，通过旋转起偏器(34)，继续获得45°、90°和135°振动方向的线偏振光；采用光源(30)加起偏器(34)加1/4玻片(35)的方式，获得宽谱段的圆偏振光，通过旋转起偏器到45°和135°，调整玻片(35)快轴与偏振片振动方向夹角为45°，分别获得右旋和左旋圆偏振光。每选择一次偏振角度，都重复进行实验步骤二至六，共计五个大循环；

步骤九、结束测量实验：

关闭偏振光发射系统(3)、接收系统(4)、信息处理系统(5)，排空透明半圆玻璃球(24)内气体并擦干设备残留水渍，收好测量设备结束实验。