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专利名称：室内高光谱brdf测定系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种室内高光谱BRDF测定系统，属于物理仪器部分。
背景技术：
在光谱地学应用中，地物光谱特征是地物信息直接提取的基础。但在自然界中大多数的地物目标表现特征为非朗伯源，目标地物的光谱特征和入射、反射光的光线的空间几何位置及它们波长相关，这种目标地物的各向异性可以通过双向反射分布函数 (Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF)准确描述，是因为 BRDF 是利用入射方位角和天顶角、反射方位角和天顶角、通径中光的波长表示的反射方向上的反射亮度值和入射方位角和天顶角及波长表示的入射方向上的辐照亮度值之比可以准确地描述物体的这种各向异性，因此目标地物的各向异性也是地物光谱特征研究的重点之一。BRDF高光谱观测对研究目标地物的光谱方向性、多角度遥感、遥感定标及遥感定量化具有重要意义。其地面测定包括室外、室内BRDF的观测，室外测定主要以太阳光为入射光源和室内以人工为主的入射光源，测定目标地物在半球方向上各个角度的反射亮度。 如专利申请号 200610096153. 6,200610096154. 0,200420062521. 1,20110209229. 2 都是 BRDF测定的系统。但是这些BRDF测定系统存在以下几个不足之处①这些系统的光源都使用的单光源，在测定目标物处于半径为R的半球中心，在半球地物BRDF探测过程传感器的阴影在某些特定的角度方向上是无法避免的，并且传感器在高天顶角地物BRDF探测过程观测的反射福亮度较低，单光源会引起较大偏差。②测定地物目标BRDF的半球半径R是固定，其光谱观测的传感器的的视场角只能通过更换视场角镜头，但是视场角镜头是有限的， 通常只有25°、15°、8°、5°、3°等不连续的，影响选择合适的视场角。③光源的入射角度只是方位角和完全天顶角的一部分，室外以太阳为光源只能测定太阳轨迹的立体角的，而室内的人工光源只能调整入射光源的天顶角，这样不能描述目标地物BRDF的特征的完整性。因此传统BRDF测定系统的这些缺点不能够准确完整的目标地物BRDF特征。

发明内容
为了解决目前的BRDF测定系统使用的单光源产生的阴影导致测量精度降低、并且在观测时BRDF测定系统的入射光源的方位角及视场角具有局限性导致的目标地物BRDF 的特征不完整的问题，提出了一种消除阴影、提高测量精度，并且改善入射光源的方位角及视场角局限性的室内高光谱BRDF测定系统。本发明所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的系统包括光源区、 高光谱辅亮计调节区、载物台区和水平放置的底座；所述的光源区包括光源、光源调距阀、 光源支杆和半圆弧滑轨，所述的光源通过所述的光源支杆与固定在底座侧面的半圆弧滑轨的圆心铰接；所述的高光谱辅亮计调节区包括辅亮计、调距器、1/4圆弧滑轨和空心转动圆盘，所述的辅亮计通过1/4圆弧滑轨与所述的空心转动圆盘连接；所述的载物台区放置在所述的底座中心，且所述的载物台区的重心与所述的底座重心的在同一条垂线上，所述的底座中心固定所述的空心转动圆盘；所述的光源光轴始终指向空心转动圆盘的圆心；所述的光源与所述的辅亮计均接通电源；所述的光源包括设置齒灯的灯座、与灯座连接的准直镜筒，灯座和准直镜筒结合处开有通光孔，准直镜筒中设置有孔径可调光阑，准直镜筒出光口处设置有直镜，所述孔径可调光阑位置与准直镜的焦平面重合，所述卤灯的出射光经过准直镜筒中的孔径可调光阑和准直镜后从准直镜筒出光口处以平行光出射；所述的光源支杆包括横支杆和纵支杆，所述的横支杆一端与所述光源垂直连接， 另一端与所述的纵支杆垂直连接；所述的纵支杆的另一端与所述的半圆弧滑轨的圆心铰接单位5°量化转动，保证光源的光轴穿过空心圆盘的中心，并且在所述的半圆弧滑轨处通过所述的螺钉组成的抱锁固定；所述的调距器包括光纤探头套筒和定位套，所述的光源探头套筒上带有毫米单位刻度，通过所述的定位套对光纤探头套筒不同位置的固定可以调整所述的辅亮计的探头到观测目标物之间的距离，具体距离通过套筒上的刻度读�。凰�述的辅亮计的探头端安装有标准高光谱仪的镜头螺纹，通过镜头的更换和探头距目标物的距离调整最佳的视场角范围；所述的空心转动圆盘是由环状可转动的外盘和固定在底座上的内盘组成，所述的内盘上刻有标准360个分度刻度，通过外盘上的指针量化转动角度；所述的外盘的半径与 1/4圆弧滑轨半径相同，保证辅亮计在1/4圆弧滑轨的滑动和外盘的转动时形成半球状的观测面；所述的底座由铝型材搭建成具有中心对称的双层井型框架，所述的底座上层铺设铝型材平板。所述的辅亮计采用光纤导光、探测的光谱范围350 2500nm、具有相同平场凹面光栅分光，线性矩阵排列的探测器探测。所述的1/4圆弧滑轨上均布有以5°为间隔的刻度，通过固定辐亮计的定位套在 1/4圆弧滑轨上的滑动调节辅亮计探测的天顶角。所述的空心转动圆盘的平面与所述的载物台区的载物面相平。所述的载物台包括载物区、升降区和平移区和带有标准360个分度刻度的圆柱状旋转器，所述的载物区由石英玻璃I、石英玻璃II、石英玻璃支架和工作台组成，实现载放光谱观测物和探头视场角个数的量化；所述的升降区由剪式升降台、直连接支架组成，实现观测物垂直方向上量化；所述的平移区由左右平移台、前后平移台组成，在光谱观测过程中进行水平的定量平移，结合所述的载物区实现观测物水平方向量化；所述的载物区、升降区、平移区区域之间的连接方式如下所有平面石英玻璃I、 石英玻璃II、石英玻璃支架、工作台、剪式升降台、左右平移台和前后平移台上面和下面均要求平整平面，且这些部件平面水平放置，且其重心在垂直与水平面的一条连线上；石英玻璃I、石英玻璃II水平插入石英玻璃支架的两条上下石英玻璃槽中，并且石英玻璃I在上， 石英玻璃II在下；之后直连接支架四根支架顶端与载物区底部四角垂直连接，所述左右平移台上面四角与直连接支架四根支架底端垂直相连；剪式升降台上顶面和工作台下底面平行相连，与左右平移台上面平行；左右平移台下面与前后平移台上面平行连接，但在左右平移台和前后平移台轴线是相互在垂直；所述的旋转器安装在所述的平移区的所述左右平移
6台的上表面，所述的旋转器的旋转过程中与光纤探头转动分离。所述的构建部分载物区，包括以下(I)石英玻璃I :方形厚度非常均一，透视性好，不要求其他较高光学属性的石英玻璃；在石英玻璃I上表面打有标准方格，突出中心位置；从载物台区的俯视方向上，利用石英玻璃I上表面的标准方格透过石英玻璃II对观测物进行光谱观测面量化，并确定光谱采样点位置；(2)石英玻璃II :方形厚度非常均一，在350nm-2500nm波段光透射率不能低于 99%的石英玻璃；石英玻璃II与工作台固定光谱观测物的主平面，也可以通过剪式升降台垂直移动工作台实现压平薄膜状的观测物表面；(3)石英玻璃支架是外框长方形和内框长方形的石英玻璃支架，在内壁深洗有两个水平方向的石英玻璃镶嵌固定槽，载物台区正视长近端洗透，观测光谱时便于石英玻璃I取出；近端上下各有两个锁紧螺钉，在确定光谱采样点和观测光谱时固定石英玻璃I和石英玻璃II;(4)工作台是载放光谱观测物的平台，为方形直连接支架厚度均一，水平连接在升降台顶部；工作台的表面是由一层对光的反射率小于O. 5%薄膜包裹；在正视工作台近端左端下方安装垂直方向的高度指针，与直连接支架中带有刻度的支架量化观测物的垂直高度和薄膜观测物的压平程度。所述的构建部分升降区中升降区，包括以下I)剪式升降台与工作台连接垂直移动观测物；2)直连接支架是载物区与平移区的四根垂直连接支架，其中在正视左侧的一根上标有标准单位的刻度，可以量化垂直方向的高度。所述的构建部分平移区中升降台区，包括以下①左右平移台材质为不锈钢可正视左右平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面左右进行量化。②前后平移台材质为不锈钢可正视前后平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面前后进行量化。所述的室内高光谱BRDF测定系统除光源区的镜头和载物台区的玻璃外，所述的各个区域表面均需要表面氧化发黑。本发明的有益效果是显著增加了室内高光谱BRDF的辐亮度条件，消除阴影改善了测量结果，提高测量精度；光谱辐亮度的调距器增加了室内高光谱BRDF测量范围的弹性；增加载物台的旋转性可以将BRDF光源的方位角特征引入，增加BRDF测定的完整性。


图I是本发明的整体结构2是本发明所述的光源区正视3是本发明的所述的光源区侧视4是本发明所述的空心圆盘示意5是本发明所述的四分之一圆弧示意6是本发明所述的载物台区的结构示意图
图7是本发明所述的底座的正视8是本发明所述的底座的侧试图
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明参照附图本发明所述的室内高光谱BRDF测定系统，所述的系统包括两套光源区I、高光谱辅亮计调节区2、载物台区3和水平放置的底座4 ;所述的光源区I包括光源11、光源调距阀12、光源支杆13和半圆弧滑轨14，所述的光源11通过所述的光源支杆13与固定在底座 4侧面的半圆弧滑轨14的圆心铰接；所述的高光谱辅亮计调节区2包括辅亮计21、调距器 22、1/4圆弧滑轨23和空心转动圆盘24，所述的辅亮计21通过1/4圆弧滑轨23与所述的空心转动圆盘24连接；所述的载物台区3放置在所述的底座4中心，且所述的载物台区3 的重心与所述的底座4重心的在同一条垂线上，所述的底座4中心固定所述的空心转动圆盘14 ;所述的光源11光轴始终指向空心转动圆盘14的圆心；所述的光源11与所述的辅亮计21均接通电源；所述的光源11包括设置齒灯的灯座、与灯座连接的准直镜筒，灯座和准直镜筒结合处开有通光孔，准直镜筒中设置有孔径可调光阑，准直镜筒出光口处设置有直镜，所述孔径可调光阑位置与准直镜的焦平面重合，所述卤灯的出射光经过准直镜筒中的孔径可调光阑和准直镜后从准直镜筒出光口处以平行光出射；所述的光源支杆13包括横支杆131和纵支杆132，所述的横支杆131 —端与所述光源11垂直连接，另一端与所述的纵支杆132垂直连接；所述的纵支杆132的另一端与所述的半圆弧滑轨14的圆心铰接单位5°量化转动，保证光源11的光轴穿过空心圆盘24的中心，并且在所述的半圆弧滑轨14处通过所述的螺钉组成的抱锁固定；所述的调距器22包括光纤探头套筒221和定位套222，所述的光源探头套筒221 上带有毫米单位刻度，通过所述的定位套222对光纤探头套筒221不同位置的固定可以调整所述的辅亮计21的探头到观测目标物之间的距离，具体距离通过套筒221上的刻度读�。凰�述的辅亮计21的探头端安装有标准高光谱仪的镜头螺纹，通过镜头的更换和探头距目标物的距离调整最佳的视场角范围；所述的空心转动圆盘24是由环状可转动的外盘241和固定在底座4上的内盘242 组成，所述的内盘242上刻有标准360个分度刻度，通过外盘241上的指针量化转动角度； 所述的外盘241的半径与1/4圆弧滑轨23半径相同，保证辅亮计21在1/4圆弧滑轨23的滑动和外盘241的转动时形成半球状的观测面；所述的底座4由铝型材搭建成具有中心对称的双层井型框架，所述的底座4上层铺设铝型材平板。所述的辅亮计21采用光纤导光、探测的光谱范围350 2500nm、具有相同平场凹面光栅分光，线性矩阵排列的探测器探测。所述的1/4圆弧滑轨23上均布有以5°为间隔的刻度，通过固定辐亮计21的定位套222在1/4圆弧上的滑动调节辅亮计21探测的天顶角。所述的空心转动圆盘24的平面与所述的载物台区3的载物面相平。
所述的载物台区3包括载物区31、升降区32和平移区33和带有标准360个分度刻度的圆柱状旋转器34，所述的载物区31由石英玻璃1311、石英玻璃11312、石英玻璃支架 313和工作台314组成，实现载放光谱观测物和探头视场角个数的量化；所述的升降区32 由剪式升降台321、直连接支架322组成，实现观测物垂直方向上量化；所述的平移区33由左右平移台331、前后平移台组成332，在光谱观测过程中进行水平的定量平移，结合所述的载物区31实现观测物水平方向量化；所述的载物区31、升降区32、平移区33区域之间的连接方式如下所有平面石英玻璃1311、石英玻璃11312、石英玻璃支架313、工作台314、剪式升降台321、左右平移台 331和前后平移台332上面和下面均要求平整平面，且这些部件平面水平放置，且其重心在垂直与水平面的一条连线上；石英玻璃1311、石英玻璃II312水平插入石英玻璃支架313 的两条上下石英玻璃槽中，并且石英玻璃1311在上，石英玻璃II312在下；之后直连接支架 322四根支架顶端与载物区31底部四角垂直连接，所述左右平移台331上面四角与直连接支架322四根支架底端垂直相连；剪式升降台321上顶面和工作台314下底面平行相连，与左右平移台331上面平行；左右平移台331下面与前后平移台332上面平行连接，但在左右平移台331和前后平移台332轴线是相互在垂直；所述的旋转器34安装在所述的平移区33 的所述左右平移台331的上表面，所述的旋转器34的旋转过程中与光纤探头转动分离。所述的构建部分载物区，包括以下(I)石英玻璃1311 :方形厚度非常均一，透视性好，不要求其他较高光学属性的石英玻璃；在石英玻璃1311上表面打有标准方格，突出中心位置；从载物台区3的俯视方向上，利用石英玻璃I上表面的标准方格透过石英玻璃II312对观测物进行光谱观测面量化， 并确定光谱采样点位置；(2)石英玻璃II312 :方形厚度非常均一，在350nm-2500nm波段光透射率不能低于 99%的石英玻璃；石英玻璃II312与工作台314固定光谱观测物的主平面，也可以通过剪式升降台321垂直移动工作台314实现压平薄膜状的观测物表面；(3)石英玻璃支架313 :是外框长方形和内框长方形的石英玻璃支架，在内壁深洗有两个水平方向的石英玻璃镶嵌固定槽，载物台区3正视长近端洗透，观测光谱时便于石英玻璃1311取出；近端上下各有两个锁紧螺钉，在确定光谱采样点和观测光谱时固定石英玻璃1311和石英玻璃II312 ；(4)工作台314 :是载放光谱观测物的平台，为方形直连接支架厚度均一，水平连接在升降台顶部；工作台314的表面是由一层对光的反射率小于O. 5%薄膜包裹；在正视工作台314近端左端下方安装垂直方向的高度指针，与直连接支架322中带有刻度的支架量化观测物的垂直高度和薄膜观测物的压平程度。所述的构建部分升降区中升降区32，包括以下I)剪式升降台321 :与工作台314连接垂直移动观测物；2)直连接支架322 :是载物区31与平移区32的四根垂直连接支架，其中在正视左侧的一根上标有标准单位的刻度，可以量化垂直方向的高度。所述的构建部分平移区中升降台区33，包括以下①左右平移台331:材质为不锈钢可正视左右平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面左右进行量化。
②前后平移台332:材质为不锈钢可正视前后平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面前后进行量化。所述的室内高光谱BRDF测定系统除光源区I的镜头和载物台区3的玻璃外，所述的各个区域表面均需要表面氧化发黑。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的系统包括光源区、高光谱辅亮计调节区、载物台区和水平放置的底座；所述的光源区包括光源、光源调距阀、光源支杆和半圆弧滑轨，所述的光源通过所述的光源支杆与固定在底座侧面的半圆弧滑轨的圆心铰接；所述的高光谱辅亮计调节区包括辅亮计、调距器、1/4圆弧滑轨和空心转动圆盘，所述的辅亮计通过1/4圆弧滑轨与所述的空心转动圆盘连接；所述的载物台区放置在所述的底座中心，且所述的载物台区的重心与所述的底座重心的在同一条垂线上，所述的底座中心固定所述的空心转动圆盘；所述的光源光轴始终指向空心转动圆盘的圆心；所述的光源与所述的辅亮计均接通电源；所述的光源包括设置齒灯的灯座、与灯座连接的准直镜筒，灯座和准直镜筒结合处开有通光孔，准直镜筒中设置有孔径可调光阑，准直镜筒出光口处设置有直镜，所述孔径可调光阑位置与准直镜的焦平面重合，所述卤灯的出射光经过准直镜筒中的孔径可调光阑和准直镜后从准直镜筒出光口处以平行光出射；所述的光源支杆包括横支杆和纵支杆，所述的横支杆一端与所述光源垂直连接，另一端与所述的纵支杆垂直连接；所述的纵支杆的另一端与所述的半圆弧滑轨的圆心铰接单位 5°量化转动，保证光源的光轴穿过空心圆盘的中心，并且在所述的半圆弧滑轨处通过所述的螺钉组成的抱锁固定；所述的调距器包括光纤探头套筒和定位套，所述的光源探头套筒上带有毫米单位刻度，通过所述的定位套对光纤探头套筒不同位置的固定可以调整所述的辅亮计的探头到观测目标物之间的距离，具体距离通过套筒上的刻度读�。凰�述的辅亮计的探头端安装有标准高光谱仪的镜头螺纹，通过镜头的更换和探头距目标物的距离调整最佳的视场角范围；所述的空心转动圆盘是由环状可转动的外盘和固定在底座上的内盘组成，所述的内盘上刻有标准360个分度刻度，通过外盘上的指针量化转动角度；所述的外盘的半径与1/4 圆弧滑轨半径相同，保证辅亮计在1/4圆弧滑轨的滑动和外盘的转动时形成半球状的观测面；所述的底座由铝型材搭建成具有中心对称的双层井型框架，所述的底座上层铺设铝型材平板。
2.如权利要求I所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的辅亮计采用光纤导光、探测的光谱范围350 2500nm、具有相同平场凹面光栅分光，线性矩阵排列的探测器探测。
3.如权利要求2所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的1/4圆弧滑轨上均布有以5°为间隔的刻度，通过固定辐亮计的定位套在1/4圆弧滑轨上的滑动调节辅亮计探测的天顶角。
4.如权利要求3所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的空心转动圆盘的平面与所述的载物台区的载物面相平。
5.如权利要求4所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的载物台包括载物区、升降区和平移区和带有标准360个分度刻度的圆柱状旋转器，所述的载物区由石英玻璃I、石英玻璃II、石英玻璃支架和工作台组成，实现载放光谱观测物和探头视场角个数的量化；所述的升降区由剪式升降台、直连接支架组成，实现观测物垂直方向上量化；所述的平移区由左右平移台、前后平移台组成，在光谱观测过程中进行水平的定量平移，结合所述的载物区实现观测物水平方向量化；所述的载物区、升降区、平移区区域之间的连接方式如下所有平面石英玻璃I、石英玻璃II、石英玻璃支架、工作台、剪式升降台、左右平移台和前后平移台上面和下面均要求平整平面，且这些部件平面水平放置，且其重心在垂直与水平面的一条连线上；石英玻璃 I、石英玻璃II水平插入石英玻璃支架的两条上下石英玻璃槽中，并且石英玻璃I在上，石英玻璃II在下；之后直连接支架四根支架顶端与载物区底部四角垂直连接，所述左右平移台上面四角与直连接支架四根支架底端垂直相连；剪式升降台上顶面和工作台下底面平行相连，与左右平移台上面平行；左右平移台下面与前后平移台上面平行连接，但在左右平移台和前后平移台轴线是相互在垂直；所述的旋转器安装在所述的平移区的所述左右平移台的上表面，所述的旋转器的旋转过程中与光纤探头转动分离。
6.如权利要求5所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的构建部分载物区，包括以下(1)石英玻璃I:方形厚度非常均一，透视性好，不要求其他较高光学属性的石英玻璃； 在石英玻璃I上表面打有标准方格，突出中心位置；从载物台区的俯视方向上，利用石英玻璃I上表面的标准方格透过石英玻璃II对观测物进行光谱观测面量化，并确定光谱采样点位置；(2)石英玻璃II:方形厚度非常均一，在350nm-2500nm波段光透射率不能低于99%的石英玻璃；石英玻璃II与工作台固定光谱观测物的主平面，也可以通过剪式升降台垂直移动工作台实现压平薄膜状的观测物表面；(3)石英玻璃支架是外框长方形和内框长方形的石英玻璃支架，在内壁深洗有两个水平方向的石英玻璃镶嵌固定槽，载物台区正视长近端洗透，观测光谱时便于石英玻璃I 取出；近端上下各有两个锁紧螺钉，在确定光谱采样点和观测光谱时固定石英玻璃I和石英玻璃II ;(4)工作台是载放光谱观测物的平台，为方形直连接支架厚度均一，水平连接在升降台顶部；工作台的表面是由一层对光的反射率小于O. 5%薄膜包裹；在正视工作台近端左端下方安装垂直方向的高度指针，与直连接支架中带有刻度的支架量化观测物的垂直高度和薄膜观测物的压平程度。
7.如权利要求6所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的构建部分升降区中升降区，包括以下1)剪式升降台与工作台连接垂直移动观测物；2)直连接支架是载物区与平移区的四根垂直连接支架，其中在正视左侧的一根上标有标准单位的刻度，可以量化垂直方向的高度。
8.如权利要求7所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的构建部分平移区中升降台区，包括以下①左右平移台材质为不锈钢可正视左右平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面左右进行量化。②前后平移台材质为不锈钢可正视前后平移的载重单轴平移台。正视在平移台侧身可记录平移距离，结合载物区对观测物水平面前后进行量化。
9.如权利要求I 8所述的室内高光谱BRDF测定系统，其特征在于所述的室内高光 3谱BRDF测定系统除光源区的镜头和载物台区的玻璃外，所述的各个区域表面均需要表面氧化发黑。
全文摘要
室内高光谱BRDF测定系统，包括光源区、高光谱辅亮计调节区、载物台区和水平放置的底座；所述的光源区包括光源、光源调距阀、光源支杆和半圆弧滑轨，所述的光源通过所述的光源支杆与固定在底座侧面的半圆弧滑轨的圆心铰接；所述的高光谱辅亮计调节区包括辅亮计、调距器、1/4圆弧滑轨和空心转动圆盘，所述的载物台区放置在所述的底座中心，所述的底座中心固定所述的空心转动圆盘；所述的光源光轴始终指向空心转动圆盘的圆心；所述的光源与所述的辅亮计均接通电源。本发明的有益效果是消除阴影，提高测量精度；增加测量范围的弹性；增加载物台的旋转性可以将BRDF光源的方位角特征引入，增加BRDF测定的完整性。
文档编号G01N21/55GK102590150SQ201210052209
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者张垚, 王秀珍, 魏晨, 黄敬峰 申请人:浙江大学