專(zhuān)利名稱(chēng)：野外brdf定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電子測(cè)量領(lǐng)域，具體講就是一種野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，該裝置涉及對(duì)目標(biāo)圖像同步獲取的方向反射特性的測(cè)量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的對(duì)目標(biāo)單一方向觀測(cè)只能得到地面目標(biāo)一個(gè)方向的特性，缺乏足夠的信息來(lái)同時(shí)推斷目標(biāo)的主要材料波譜和空間結(jié)構(gòu)，而多角度對(duì)目標(biāo)觀測(cè)通過(guò)對(duì)地面固定目標(biāo)多個(gè)方向的觀察，使得對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)信息得以豐富，因而有希望從中提取較單一方向的觀測(cè)更為詳細(xì)可靠的地面目標(biāo)的三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，為定量化遙感提供新的途徑。
BRDF(Bidirectional Reflectance Distributional Function)即雙向反射分布函數(shù)，又稱(chēng)二向性反射分布函數(shù)，其定義為物體表面反射的輻亮度與入射到物體表面的輻照度之比，即BRDF=dLr(θi,φi;θr,φr)dEi(θi,φi)]]>球面度-1式中θi、φi分別表示入射光線的天頂角和方位角，θr、φr分別表示反射光線的天頂角和方位角。BRDF的單位是Sr-1。dLr(θi，φi；θr，φr)是(θi，φi)方向的入射輻照度dEi在(θr，φr)方向上引起的反射輻亮度，結(jié)合

圖1。
BRDF描述了物體表面在一定方向上單位立體角內(nèi)的反射率，將目標(biāo)表面的反射特性與入射角及反射角聯(lián)系起來(lái)，并且依賴(lài)于測(cè)量波長(zhǎng)、被測(cè)物體的結(jié)構(gòu)特性、光學(xué)特性，是對(duì)目標(biāo)表面反射幾何特性的精確定義。BRDF不僅可以完善地描述目標(biāo)表面的方向反射特性，彌補(bǔ)傳統(tǒng)的單一方向遙感的不足，還有助于反演地面反照率、氣溶膠光學(xué)厚度，進(jìn)行地面目標(biāo)識(shí)別，大氣校正、衛(wèi)星圖像亮度校正等諸多用途。
目前國(guó)內(nèi)BRDF測(cè)量分為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和野外測(cè)量?jī)煞N。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)量BRDF裝置國(guó)內(nèi)比較由代表性的實(shí)驗(yàn)室BRDF測(cè)量裝置有安徽光機(jī)所研制的激光雙向反射(LBRDF)測(cè)量裝置和長(zhǎng)春光機(jī)所研制的模擬野外BRDF測(cè)量系統(tǒng)。前者定位精確，自動(dòng)化程度高，采樣點(diǎn)密集，但只能對(duì)幾何尺寸較小的材料樣品進(jìn)行測(cè)量。后者主要用來(lái)研究野外目標(biāo)在實(shí)驗(yàn)室條件下BRDF特性，其幾何方位的控制通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)圓弧形探測(cè)器架轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，探測(cè)器架上每隔一定角度間隔安置一組探測(cè)器以實(shí)現(xiàn)不同觀測(cè)角度對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)。光源放置在圓弧形光源架上，可以在光源架上移動(dòng)改變?nèi)肷浣?。這套裝置可以實(shí)現(xiàn)從小面積植被到較低樹(shù)冠的BRDF的測(cè)量，測(cè)量角度幾乎能覆蓋整個(gè)半球(除半球入射角度外)，但對(duì)于光源的要求較高，即必須是能覆蓋全部目標(biāo)視平面在內(nèi)的平行入射的擴(kuò)展光源。
野外測(cè)量BRDF裝置相比于實(shí)驗(yàn)室BRDF測(cè)量，野外目標(biāo)BRDF的測(cè)量要難得多，需考慮的變量因子更多，不但包括了在實(shí)驗(yàn)室條件下要考慮的照射光源的天頂角、方位角和測(cè)量?jī)x器的天頂角、方位角，還包括了時(shí)間，天氣條件等復(fù)雜因子。
目前還未從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中搜索到國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的有效的野外BRDF測(cè)量裝置。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新型的用于野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它可以適用于多種自然目標(biāo)的BRDF特性快速測(cè)量，輻射測(cè)量精度高、使用便捷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它包括測(cè)量架模塊和控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊，其特征在于測(cè)量架模塊包括環(huán)形底盤(pán)上設(shè)有相對(duì)于環(huán)形底盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軌道弧，天頂軌道弧的下端與方位軌道弧固連，探測(cè)器組件間隔狀固定在天頂軌道弧上，探測(cè)器組件中的探測(cè)器指向方位軌道弧中部被測(cè)目標(biāo)，探測(cè)器組件通過(guò)信號(hào)傳輸線與控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。
隨著定量化遙感的發(fā)展，對(duì)于BRDF特性測(cè)量裝置的精度及適用范圍的要求越來(lái)越高。我國(guó)對(duì)于BRDF實(shí)驗(yàn)室測(cè)量裝置的研制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是仍然缺乏有效的測(cè)量任意物體表面BRDF特性的野外實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明所公開(kāi)的用于野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它可以適用于多種自然目標(biāo)的BRDF特性快速測(cè)量，并且裝置配備有激光瞄準(zhǔn)裝置和同步攝像裝置，輻射測(cè)量精度高，使用便捷，裝置能夠按照不同的入射角、觀測(cè)角，不同的波段要求實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體在半球空間范圍內(nèi)的反射特性。測(cè)量裝置采用探測(cè)器組進(jìn)行測(cè)量，在同一時(shí)間可以進(jìn)行各個(gè)方向?qū)δ繕?biāo)的反射率測(cè)量；同時(shí)采用PC機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作帶動(dòng)方位軌道弧和探測(cè)器組轉(zhuǎn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)觀測(cè)方位角變化。這種設(shè)計(jì)保證了該測(cè)量裝置使用便捷，角度測(cè)量精度高和測(cè)量周期短的特點(diǎn)。同步攝像裝置又能夠記錄下被測(cè)目標(biāo)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，豐富測(cè)量信息。
附圖概述圖1是BRDF定義示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中的測(cè)量架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2、3所示，野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它包括測(cè)量架模塊和控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊，測(cè)量架模塊包括環(huán)形底盤(pán)10上設(shè)有相對(duì)于環(huán)形底盤(pán)10轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軌道弧20，天頂軌道弧30的下端與方位軌道弧20固連，天頂軌道弧30的上端懸伸至方位軌道弧20圍成的區(qū)域中部上方，探測(cè)器組件40間隔狀固定在天頂軌道弧30上，探測(cè)器組件40中的探測(cè)器41指向方位軌道弧20中部被測(cè)目標(biāo)，探測(cè)器組件40通過(guò)信號(hào)傳輸線與控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。所述的探測(cè)器組件40是指在天頂軌道弧30上安裝一組探測(cè)器件，其中每組探測(cè)器件中的每個(gè)探測(cè)器41都引出控制線與控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。所述的控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊在實(shí)際使用時(shí)，是在使用的光譜測(cè)量?jī)x上配備筆記本電腦構(gòu)成的，因而其具有光譜測(cè)量和控制PC機(jī)的雙重作用。
測(cè)量架模塊包括設(shè)置在環(huán)形底盤(pán)10和方位軌道弧20之間、提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力的步進(jìn)電機(jī)50，實(shí)際使用時(shí)可以將步進(jìn)電機(jī)50設(shè)置在方位軌道弧20上，環(huán)形底盤(pán)10和步進(jìn)電機(jī)50通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力，設(shè)置在天頂軌道弧30上的探測(cè)器組件40還包括激光瞄準(zhǔn)裝置42和同步攝像裝置43。
所述的方位軌道弧20是平行于地面的圓形地面機(jī)械導(dǎo)軌，放置在環(huán)形底盤(pán)10上，步進(jìn)電機(jī)50提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方位軌道弧20在環(huán)形底盤(pán)10的0°～360°范圍每隔15°作等間隔轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)觀測(cè)方位角的變化。步進(jìn)電機(jī)50上引出控制線與所述的控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連，以便PC機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)50動(dòng)作。
在天頂軌道弧30的0°～80°范圍上每隔5°～15°安置一組探測(cè)器，所述的探測(cè)器41一端通過(guò)光纖連接到光譜測(cè)量?jī)x，探測(cè)器的波段可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定，其中垂直對(duì)目標(biāo)觀測(cè)的探測(cè)器組件40上還設(shè)有激光瞄準(zhǔn)裝置42和同步攝像裝置43。
所述的天頂軌道弧30為一個(gè)在同一個(gè)平面內(nèi)展開(kāi)的1/4個(gè)圓弧，其所在弧面與方位軌道弧20所在平面垂直，每個(gè)探測(cè)器組件40都指向被測(cè)目標(biāo)。
以下結(jié)合附圖2、3說(shuō)明本發(fā)明的工作原理當(dāng)整機(jī)通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在PC機(jī)的控制下帶動(dòng)方位軌道弧20在環(huán)形底盤(pán)10上轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定方位時(shí)停止動(dòng)作，使用激光瞄準(zhǔn)裝置42看是否對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。如果對(duì)準(zhǔn)，PC機(jī)發(fā)出指令，令探測(cè)器組件40在0°～80°的范圍每隔5°～15°探測(cè)被測(cè)物體的每一點(diǎn)上的反射率，由光譜儀測(cè)量?jī)x對(duì)探測(cè)到的每個(gè)點(diǎn)的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。同時(shí)PC機(jī)控制同步攝像裝置43進(jìn)行攝像，記錄下實(shí)測(cè)目標(biāo)此時(shí)的狀態(tài)。
接著PC機(jī)發(fā)指令給步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)控制方位軌道弧20在0°～360°范圍內(nèi)繼續(xù)轉(zhuǎn)到下一個(gè)方位進(jìn)行測(cè)量...一直轉(zhuǎn)動(dòng)到最后一個(gè)方位，探測(cè)器組件40在0°～80°的范圍測(cè)量被測(cè)物體的每一點(diǎn)上的反射率，此時(shí)得到一個(gè)太陽(yáng)入射角的2π角度空間光譜分布曲線。
因此，本發(fā)明能夠按照不同的入射角、觀測(cè)角，不同的波段要求實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體在半球空間范圍內(nèi)的反射特性。測(cè)量裝置采用探測(cè)器組進(jìn)行測(cè)量，在同一時(shí)間可以進(jìn)行各個(gè)方向?qū)δ繕?biāo)的反射率測(cè)量；同時(shí)采用PC機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作帶動(dòng)方位軌道弧和探測(cè)器組轉(zhuǎn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)觀測(cè)方位角變化。
權(quán)利要求
1.一種野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它包括測(cè)量架模塊和控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊，其特征在于測(cè)量架模塊包括環(huán)形底盤(pán)(10)上設(shè)有相對(duì)于環(huán)形底盤(pán)(10)轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軌道弧(20)，天頂軌道弧(30)的下端與方位軌道弧(20)固連，天頂軌道弧(30)的上端懸伸至方位軌道弧(20)圍成的區(qū)域中部上方，探測(cè)器組件(40)間隔狀固定在天頂軌道弧(30)上，探測(cè)器組件(40)中的探測(cè)器(41)指向方位軌道弧(20)中部被測(cè)目標(biāo)，探測(cè)器組件(40)通過(guò)信號(hào)傳輸線與控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)量架模塊包括設(shè)置在環(huán)形底盤(pán)(10)和方位軌道弧(20)之間、提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力的步進(jìn)電機(jī)(50)，設(shè)置在天頂軌道弧(30)上的探測(cè)器組件(40)還包括激光瞄準(zhǔn)裝置(42)和同步攝像裝置(43)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于所述的方位軌道弧(20)是平行于地面的圓形地面機(jī)械導(dǎo)軌，放置在環(huán)形底盤(pán)(10)上，步進(jìn)電機(jī)(50)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方位軌道弧(20)在環(huán)形底盤(pán)(10)上的0°～360°范圍每隔15°作等間隔轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)(50)上引出控制線與所述的控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于在天頂軌道弧(30)的0°～80°范圍上每隔5°～15°安置一組探測(cè)器，所述的探測(cè)器(41)一端通過(guò)光纖連接到光譜測(cè)量?jī)x，其中垂直對(duì)目標(biāo)觀測(cè)的探測(cè)器組件(40)上還設(shè)有激光瞄準(zhǔn)裝置(42)和同步攝像裝置(43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于所述的天頂軌道弧(30)為一個(gè)在同一個(gè)平面內(nèi)展開(kāi)的1/4個(gè)圓弧，其所在弧面與方位軌道弧(20)所在平面垂直，每個(gè)探測(cè)器組件(40)都指向被測(cè)目標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于野外BRDF定點(diǎn)自動(dòng)測(cè)量裝置，它包括測(cè)量架模塊和控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊，測(cè)量架模塊包括環(huán)形底盤(pán)上設(shè)有相對(duì)于環(huán)形底盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方位軌道弧，天頂軌道弧的下端與方位軌道弧固連，探測(cè)器組件間隔狀固定在天頂軌道弧上，探測(cè)器組件中的探測(cè)器指向方位軌道弧中部被測(cè)目標(biāo)，探測(cè)器組件通過(guò)信號(hào)傳輸線與控制PC機(jī)及光譜測(cè)量?jī)x模塊相連。它可以適用于多種自然目標(biāo)的BRDF特性快速測(cè)量，輻射測(cè)量精度高、使用便捷。
文檔編號(hào)G01N21/41GK1719232SQ20041004131
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者黃俊梅, 李照洲, 易維寧, 喬延利, 張黎明, 王先華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所