本发明专利技术涉及一种柱面光度测量装置及方法。属于光学测量领域，用于测量光源或折反射材料的出射光强与出射光角度的之间的分布规律。本发明专利技术使用柱面光屏内壁收集空间中各方向的出射光，出射光光强反应为柱面光屏内壁被照射的亮度。本发明专利技术使用鱼眼相机测量柱面光屏内壁被出射光照射的亮度，同时根据鱼眼相机坐标变换的关系，由图像坐标求出对应出射光的角度，从而建立出射光强与出射光角度之间的分布规律。相对于传统方法，本发明专利技术能够同时测得出射光角度在180度半球范围内的出射光强数据，一次测量获得的数据量大，效率高，受环境干扰低；同时该测量设备简单易加工，具有成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柱面光度测量装置。属于光学测量领域，用于测量光源或折反射 材料的出射光强与出射光角度的之间的分布规律。
技术介绍
光度学是度量光线强弱及其传播方向性的计量学科，其中重要的课题是测量光 强在空间各方向上的分布规律。当测量对象是发光光源，如LED灯珠时，测量结果称之 为--配光曲线（Luminous intensity distribution curve, LIDC)，是光强关于光线出 射角度的函数。当测量对象是折/反射材料时，测量结果称之为一一双向散射分布函数 (Bidirectional scattering distribution function, BSDF)，包括其反身寸部分--双向反 射分布函数（BRDF)，和折射部分一一双向透射分布函数（BTDF)。这三个函数均是光强关于 光线入射角度、出射角度的高维函数。 测量配光曲线一般使用积分球，如专利CN201210176379，使用球面漫反射光屏和 转动机构实现360度空间范围上的光强测量。由于球面漫反射光屏体积大、制造成本高、转 动机构安装复杂，不便于使用和推广。 测量双向散射分布函数可以使用积分球测量，也可以使用专门的测量装置，如 Instrument Systems公司的G0N360光强角度分布测试仪，使用两个转动的机械臂分别承 载光源与测光器，机械臂相互转动逐步测量出各方向的光强数值。由于单次测量只能提供 单一角度的光强值，需要长时间多次测量才能得到完整的光强分区函数，效率较低。测量期 间由于环境光干扰、光源亮度波动等因素，会造成较大误差。 专利US7130033B2使用抛物面反射镜将出射光线聚焦后成像，可一次性测量多角 度的出射光强，测量效率高。但由于光线在传播过程中经历了多个透镜和抛物面反射镜，透 镜/反射镜本身的折反射特性叠加到被测材料上，干扰测量结果。且抛物面反射镜制造成 本较高，测量环境要求苛刻，不易于推广使用。 针对现有光度测量装置存在的问题，本专利技术提出了一种柱面光度测量装置，使用 易于制造的柱面漫反射光屏，配合使用鱼眼相机，可以用于测量光源的配光曲线，或折反射 材料的双向散射分布函数。该光度测量装置结构简单易于布置，测量效率高，同时能测量上 半球面的光强分布，与现有测量设备相比具有明显的优势。
技术实现思路
本专利技术提出的一种柱面光度测量装置，可以低成本、高效率地测量光强在空间各 方向上的分布规律，如光源的配光曲线、测量折\反射材料的双向散射分布函数等。 本专利技术是一种柱面光度测量装置，其特征在于：包含柱面光屏1、鱼眼相机3、载物 台4以及相机支架2、载物台支架5,所述的柱面光屏1为横截面为圆形或弧形的中空柱体， 其长径比大于1，内壁材料采用质地均匀的白色漫反射材料；所述的载物台4置于柱面光屏 1轴心线上，柱面光屏1轴线中心一侧；所述的鱼眼相机3的光心位于柱面光屏1轴心线上， 载物台4旁；鱼眼相机3、载物台4之间不互相遮挡，通过相机支架2、载物台底座于柱面光 屏1共同固定在实验平台上。 本专利技术的另一个技术方案是上述鱼眼相机3光轴与柱面光屏1轴心重合。 本专利技术的又一个技术方案是上述鱼眼相机3光轴与柱面光屏1轴心垂直。 本专利技术的另一个技术方案是上述柱面光屏1上有通光孔，用于摄入照射光。 本专利技术的最后一个技术方案是上述固定鱼眼相机3和载物台4的支架可以沿柱面 光屏1轴线平移或转动。 (注：光源的配光曲线定义为：LIDC(，），表示以空间方向（，）为自变量，光源在该 方向上光强的函数，如图1所示。双向散射分布函数定义为：BSDFC，i，°，°)，表示以入射光 方向C，i)时，折/反射材料在出射光方向（°，°)上的光强函数，如图2所示，当出射光为反 射光时，该函数称为双向反射分布函数：BRDFC, i//)，当出射光时折射光时，该函数称为 双向透射分布函数：BTDFC，\ \，如图2所示。） (1)构造特点： 该装置主要部分为：柱面光屏1、鱼眼相机3、载物台4,相机和载物台分别通过相 机支架2,载物台支架5与柱面光屏1共同固定在实验平台上。其中柱面光屏1为横截面为 圆形或弧形的中空柱体，其长径比大于1，内壁材料采用质地均匀的白色漫反射材料。柱面 光屏1上可以根据需要开设通光孔，用于入射光线射入；或绘制坐标网格辅助测量定位。 柱面光屏的优点是：相对于积分球使用的球形光屏或抛物面反射屏，柱面光屏很 容易使用板材弯曲制造，或利用市场上现有的管材制作，成本低、尺寸和形状精度高；相对 于球面，柱面光屏很容易贴附纸基、布基等反光材料，易于光屏的维护、替换以及功能扩展。 载物台4安装于柱面光屏1轴心线中心点上；鱼眼相机3光心位于柱面光屏1轴 心线上，靠近载物台4 一侧，鱼眼相机3、载物台4相邻但不互相遮挡。使用鱼眼相机的好处 是：鱼眼相机具有覆盖半个球面的视野，配合柱面光屏1，可以一次性获得接近半个球面方 向的光强分布，具有极高的采样效率。 当需要测量被测材料正半球面的光强分布时，鱼眼相机3轴线垂直于柱面光屏1 轴线，平行于被测材料表面法向，此时鱼眼相机3能够覆盖正半球面大部分视野；光屏可以 采用弧形截面的半圆柱面。 当需要测量被测材料正面及反面全方向光强分布时，鱼眼相机3轴线平行于柱面 光屏1轴线，此时鱼眼相机3能够覆盖被测材料正反各半个球面的视野；光屏采用圆形截面 的中空圆柱。 鱼眼相机3和载物台4通过支架与柱面光屏1共同固定在实验平台上。支架可以 采用固定支架，也可以采用可调支架，使鱼眼相机3或载物台4能够沿着柱面光屏1轴线平 移或转动，以方便实验微调。 (2)调试方法： 测量前，对光学系统进行调试： (a)调整样本基准点S位置，使其位于柱面光屏1轴线中点上。以S点为基准，建 立世界坐标系S xyz_ (X，y，z)，同时建立样本球坐标系S p - ( P，，）。 (b)调整鱼眼相机3的光心C的位置，使其位于柱面光屏1轴线上，轴线中点 〇的一侧，在世界坐标系中的位置是s xyz- (0, 0, d)。以C点为基准，建立相机球坐标系 C,afi-(r，a，0)。（注：当测量发光体时，该基准点是发光中心点，当测量折\反射材料时， 该基准点是入射光线在被测材料上投影点。） 上述调整应使相机光心C、样本基准点S尽量靠近，但互不遮挡。 (c)给被测光源供电（或使用激光照射折/反射材料），使用鱼眼相机3可以拍 摄到柱面光屏1内壁上的光强明暗分布，以拍摄到的相片中心点P基准，建立图像坐标系 P uv-(U,V)，以图像圆半径为单位1，U、V取值范围-1~1。 (d)使用标准亮度光源标定鱼眼相机3各处图像灰度的基准值。 (3当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柱面光度测量装置，其特征在于：包含柱面光屏、鱼眼相机、载物台以及相机支架、载物台支架，所述的柱面光屏为横截面为圆形或弧形的中空柱体，其长径比大于1，内壁材料采用质地均匀的白色漫反射材料；所述的载物台置于柱面光屏轴心线上，柱面光屏轴线中心一侧；所述的鱼眼相机光心位于柱面光屏轴心线上，载物台旁；鱼眼相机、载物台之间不互相遮挡，通过相机支架、载物台底座与柱面光屏共同固定在实验平台上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐科，王磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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