【摘要】：依據(jù)雙向反射分布函數(shù)理論,推導出散射光譜的加和性原理。散射光譜加和性是指對于材質(zhì)質(zhì)點之間無相互作用的平面漫反射體系,在光源與入射面材質(zhì)不存在干涉、衍射、熒光、光譜上轉(zhuǎn)換和光譜下轉(zhuǎn)換等相互轉(zhuǎn)換作用,且無光化學現(xiàn)象及非線性效應(yīng)發(fā)生的前提下,且符合能量守恒定律的同時,由單光源或多光源照射的材料的散射光譜,等于該材料中每種材質(zhì)的散射光譜的線性疊加。實驗上,以幾種材料的散射光譜為例,通過改變探測條件、照明條件和材質(zhì)比例,進行了散射光譜加和性的實驗驗證,并且針對實驗結(jié)果進行了誤差分析。單光源條件下的最大實驗誤差為2.64%,多光源條件下則為2.35%,加和計算偏差均在實驗誤差允許范圍內(nèi)。由此證明了材料的散射光譜具有加和性,不受組成的材質(zhì)差異性、材質(zhì)的面積比例組合多樣性、以及實驗條件多變性影響。散射光譜加和性的首次提出,不僅為基于散射光譜的復雜結(jié)構(gòu)體的特征提取及識別研究提供了確切的理論依據(jù)和有效的分析方法,而且對相關(guān)的實驗分析和應(yīng)用研究有著重要的借鑒和參考意義。
【圖文】：

論證了散射光譜的加和性原理，其次在實驗上進行了散射光譜加和性的實驗驗證，相應(yīng)的實驗分析結(jié)果進一步證明了散射光譜加和性是真實存在的。由于對復雜結(jié)構(gòu)體的相關(guān)光譜分析的理論依據(jù)相對短缺，而對于該領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛且迫在眉睫，我們的研究可為基于散射光譜的物質(zhì)組分分析提供一種有效的方法和理論參考，并對光譜的反演及識別提供堅實的理論基矗圖１單光源條件下ＢＲＤＦ示意圖Ｆｉｇ．１ＯｐｔｉｃａｌｐａｔｈｏｆＢＲＤＦｉｎｓｉｎｇｌｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ１原理如圖１為材質(zhì)表面的散射原理圖，根據(jù)ＢＲＤＦ理論［１７］，設(shè)被測樣品的入射光源輻射亮度及反射后的輻射亮度分別為ｄＬｉ和ｄＬｒ；被測材料的微面元面積用ｄＡ表示，表面的法線與Ｚ軸重合，，入射光線夾角為θｉ，反射光線夾角為θｒ；入射光和反射光立體角分別為ｄωｉ和ｄωｒ；探測設(shè)備的響應(yīng)函數(shù)為Ｒ（λ），則探測到的光譜信號用Ｏ（λ）表示為Ｏ（λ）＝Ｒ（λ）ｄ鐖ｒ＝Ｒ（λ）ｄＬｉｆ（ｒ）ｄＡｃｏｓθｉｃｏｓθｒｄωｉｄωｒ（１）假定入射源為均勻的平行光，光源與入射面材質(zhì)之間不存在散射以外的其他效應(yīng)，同時材質(zhì)質(zhì)點之間無相互作用，參考區(qū)域內(nèi)滿足能量守恒定律，探測器與散射面的距離足夠遠的平面漫反射體系條件下，ｆ（ｒ）代表被測樣品的反射光譜信息，即雙向反射分布函數(shù)（ＢＲＤＦ）。ｄ鐖ｉ和ｄ鐖ｒ為被測樣品的入射光源輻射通量及反射輻射通量。單光源照射條件不變時，設(shè)Ｍ＝Ｒ（λ）ｄＬｉｃｏｓθｉｄωｉ，Ｍ為定值，因為ｆ（ｒ）

ＱＥ６５ＰＲＯ光譜儀、８４ｕｖ望遠鏡、光纖和計算機組成。實驗樣品采用由紅色、藍色、綠色三種不同材質(zhì)組成的材料，單光源條件下的加和性驗證時，樣品１不同材質(zhì)面積比例為１∶１∶１，樣品２不同材質(zhì)面積比例為５∶６∶９；多光源條件下的加和性驗證時，樣品３不同材質(zhì)面積比例１∶１，三種樣品均為直徑１００ｍｍ的圓板。圖２為實驗光路圖，單光源加和性實驗時采用Ｌｉｇｈｔ１作為光源，多光源加和性實驗室驗證時采用Ｌｉｇｈｔ１和Ｌｉｇｈｔ２作為混合光源，Ｌｉｇｈｔ１和Ｌｉｇｈｔ２均為太陽模擬器發(fā)出的光，測量時樣品固定電動位移臺的樣品架上，樣品的轉(zhuǎn)動角度由電動位移臺控制。光源位置如圖２所示，望遠鏡與太陽模擬器的入射光軸初始夾角為２０°，光譜儀和計算機進行光譜采集和存儲。圖２實驗光路圖Ｆｉｇ．２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓ２．２測量方法在實驗中，為減小實驗誤差采用拆分法實現(xiàn)光譜測量：先測量出樣品整體的散射光譜，再依次測量樣品的每部分材質(zhì)的光譜，將每部分材質(zhì)光譜去除背景光譜后加和起來（在此稱為加和計算光譜數(shù)據(jù)），與去除背景后的樣品整體的散射光譜（在此稱為實驗光譜數(shù)據(jù)）對比。如圖２左下角處的樣品光譜拆分法測量示意圖。將實驗數(shù)據(jù)同加和計算數(shù)據(jù)做偏差分析，分析結(jié)果同測量時儀器造成的誤差作比較，如果加和后的偏差在實驗儀器誤差允許的范圍內(nèi)，則證明散射光譜加和性成立。為了提高散射光譜加和性驗證的完備性，首先證明加和性與探測角度無關(guān)；再驗證加和性與被測樣品無關(guān)；最后驗證加和性與入射光源無關(guān)。３結(jié)果與討論材料的散射光譜數(shù)據(jù)
【作者單位】： 長春理工大學理學院;長春理工大學計算機科學與技術(shù)學院;
【基金】：吉林省科技發(fā)展計劃項目 吉林省公共計算平臺項目(20130101179JC)資助
【分類號】：O657.3

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本文編號：2550492