[发明专利]一种水体前向小角度三维体积散射函数测量系统

权利要求书

1.一种水体前向小角度三维体积散射函数测量系统，包括计算机（109），其特征是还包括置于笼式结构中的激光器（101）、离轴抛物面反射镜（103）、非球面透镜组、CMOS偏振敏感相机（108）；所述离轴抛物面反射镜（103）与非球面透镜组和CMOS偏振敏感相机（108）为共轴方向；所述的离轴抛物面反射镜（103）截面图如附图3所示，离轴抛物面反射镜（103）的反射表面（308）是母抛物面（301）的截面，离轴抛物面反射镜（103）的焦点（302）与母抛物面（301）焦点（302）重合，离轴抛物面反射镜光轴（306）与母抛物面光轴（303）平行，离轴抛物面反射镜（103）所采用的离轴角（305）为90°；离轴抛物面反射镜（102）背面开有锥形结构的通孔（309），该通孔（309）穿过反射表面（308）而形成小孔（310），通孔（309）的中轴线与母抛物面（301）的焦轴（304）共轴；激光器（101）产生的入射激光入射到散射体（102）上，透射激光（104）通过反射表面（308）的小孔（310）穿过背面通孔（309）；经散射体（102）散射后的前向小角度散射光由离轴抛物面反射镜（103）反射变换为平行散射光（307），再经过非球面透镜组调整束宽后，由CMOS偏振敏感相机（108）接收水体前向小角度散射光信号，并将散射光信号传递至计算机（109）进行处理以获得水体不同方位角散射平面上前向小角度体积散射函数。

2.根据权利要求1所述的水体前向小角度三维体积散射函数测量系统，其特征在于所述的CMOS偏振敏感相机（108）的像素为500万；如附图4所示，其图像传感器采用了集成的线偏振片阵列（402），线偏振片阵列（402）由偏振方向为0°、45°、-45°和90°的四个线偏振片组成，每个像素都分别覆盖四个线偏振片中的一个。

3.根据权利要求1所述的水体前向小角度三维体积散射函数测量系统，其特征在于所述非球面透镜组由100mm焦距非球面透镜（105）、12mm焦距非球面透镜（107）组成，两片非球面透镜采用高精度CNC抛光，平行散射光经过非球面透镜组以对光束减少球差像差以及整形准直，非球面透镜两面都镀有350mm-700mm的增透膜，在350mm-700mm波段处的光束平均反射率小于0.5%；所述的激光器（101）发射波长为532nm。

4.根据权利要求3所述的水体前向小角度三维体积散射函数测量系统，其特征在于所述100mm焦距非球面透镜（105）与12mm焦距非球面透镜（107）之间加有小孔光阑（106），用于消除空间杂散光及其他角度散射光。

5.利用权利要求1所述的系统测量水体前向小角度三维体积散射函数的方法，其特征是包括以下步骤：

1）开启激光器（101）和CMOS偏振敏感相机（108），预热激光器（101）至输出功率稳定，关闭环境所有光源，在全黑环境下测量没有散射体时由激光所产生的环境背景光，获取图像，重复获取不少于100帧环境背景光图像；

2）将含有样品的比色皿作为散射体（103）放置在激光所能照射到的位置，使散射体（103）中心位于离轴抛物面反射镜（102）焦点处，关闭环境所有光源，在全黑环境下测量样品前向小角度散射光，获取图像，重复获取不少于100帧样品前向小角度散射光图像；

3）通过计算机处理，对步骤1）获取的多帧环境背景光图像中值平均处理后，作为背景光强度I_B，对步骤2）获取的样品前向小角度散射光图像中值平均处理后获取样品前向小角度散射光强度I_S；由背景光强度I_B校正前向小角度散射光强度I_S，获取校正后的样品前向小角度散射光强度I_S1；

4）利用校正后的样品前向小角度散射光强度I_S1以及所设定的入射激光总光强，实现对校正结果各像素点标准散射角度反演对应散射角的散射强度，获取样品在不同方位角散射平面上的前向小角度三维体积散射函数。