(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210958050.5 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 钟凯　格根塔娜 　乔鸿展　张献中　 李吉宁　徐德刚　姚建铨　 (74)专利代理 机构 北京圣州专利代理事务所 (普通合伙) 11818 专利代理师 黄青青 (51)Int.Cl. G01N 21/3581(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装 置与方法 (57)摘要 本发明公开了基于太赫兹相机的多样品快 速相对测量装置与方法， 包括同轴设置的大转台 和小转台， 大转台外设置大转臂； 大转台上设置 小转臂和太赫兹光源， 小转臂上设置光线扩束准 直系统； 转台、 转臂均接入基于Labview的移动控 制系统， 以便于调节入射角度和散射角度； 小转 台上放置有样品托盘， 样品托盘内盛放有多个待 测样品和已知BRDF值的标准体样品， 同时定标； 大转臂上设置太赫兹相机， 太赫兹相机接入基于 OpenCV的 图像数据处理系统， 太赫兹相机至样品 托盘的探测距离满足远场条件； 图像数据处理系 统通过图片分析各样品的像素点灰度值， 并通过 相对测量法自动计算待测样品的BRDF值。 本发明 采用上述测量装置与方法， 降低了测量误差， 提 高了测量效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115032170 A 2022.09.09 CN 115032170 A 1.基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置， 包括同轴设置的大转台 （8） 和小转台 （10） ， 大转台 （8） 外设置大转臂 （1） ； 大转台 （8） 上设置小转臂 （6） 和太赫兹光源 （3） ， 小转臂 （6） 上设置光线扩束准直系统； 光线扩束准直系统包括离轴抛面镜 （4） 、 平 面反射镜一 （5） 和 平面反射镜二 （7） ； 小转台上放置有样 品托盘 （9） ， 其特征在于， 样品托盘 （9） 内盛放有若干 待测样品和已知BRDF值的标准体样品； 大转臂 （1） 上设置太赫兹相机 （2） ， 太赫兹相机 （2） 接 入基于OpenCV的图像数据处理系统， 太赫兹相机 （2） 至样品托盘 （9） 的探测距离满足远场条 件。 2.根据权利要求1所述的测量装置， 其特征在于， 待测样品和标准体样品均为形状完全 相同的扇形， 且待测样品和标准体样品拼接为圆形平板并放入样品托盘 （9） 内， 圆形平板的 面积小于光线光斑以及太赫兹相机 （2） 的视场大小。 3.一种使用如权利要求1 ‑2任一项所述的基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置 的测量方法， 其特 征在于， 包括： S1、 将已知BRDF值的标准体样品和若干待测样品制作成形状完全相同的扇形， 然后拼 接为圆形平板并放入样品托盘 （9） 内； S2、 搭建基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装置； S3、 启动太赫兹光源 （3） ， 光线经光线扩束准直系统后， 平行照射于样品托盘 （9） 上， 同 时太赫兹相机 （2） 接收各待测样品和标准体样品的散射光； 太赫兹相机 （2） 在每个入射 天顶 角、 入射方位角、 散射天顶角和散射方位角下拍摄5张照片； S4、 图像数据处 理系统基于相对测量法计算待测样品的BRDF值； 式中， 为待测样品的BRDF值， 为标准体样品的BRDF 值， 为第i种待测样品采样区域的像素点灰度值总和， 为标准体样品采样区域 的像素点灰度值总和， 为入射方向， 为出射方向， 为太赫兹光 线波长； 为入射天顶角， 为入射方位角， 为散射天顶角， 为散射方位角； S5、 通过大转臂 （1） 、 小转臂 （6） 、 大转台 （8） 和小转台 （10） 改变入射天顶角、 散射天顶 角、 入射方位角和散射方位角， 重复S3 ‑S4步骤， 获得待测样品BRDF值随各角度变化的曲线； S6、 更换太赫兹光源 （3） ， 重复S3 ‑S5步骤， 获得不同波长太赫兹光线下的待测样品BRDF 值随各角度变化的曲线。 4.根据权利要求3所述的测量方法， 其特 征在于， S4 步骤具体包括： S41、 分别提取5张照片中圆形平板的中心位置， 然后再选取中心位置内各样品扇形区 域的中心区域像素点， 确定灰度值并去除错 误数据； S42、 对各样品像素点的灰度值做加 和并取平均值， 以减小系统误差； S43、 基于相对测量法公式计算各样品在当前波长、 入射天顶角、 入射方位角、 散射天顶 角和散射方位角下的太赫兹BRDF值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115032170 A 2基于太赫兹相机的多样品快速相对测量装 置与方法 技术领域 [0001]本发明涉及 光辐射测量仪器技术领域， 尤其是涉及基于太赫兹相机的多样品快速 相对测量装置与方法。 背景技术 [0002]太赫兹频段处于毫米波到红外 的过渡频段， 覆盖了极大的带宽范围， 大多数目标 材料在太赫兹频段具有独特 的色散特性， 部分介质材料 的共振吸收峰落在太赫兹频段， 其 色散关系具有一定突变性。 因此， 研究太赫兹波段的目标散射特性， 具有显著的科学意义和 应用价值。 双向反射函数  BRDF为表征目标散射特性的物理量， 以样品表 面被入射的面元的 法线为z轴建立 直角右手坐标系， 其五参数模型定义如下： 式中， 为入射方向， 为出射方向， 为波长； 为入射天 顶角， 其为入射光线与z轴夹角； 为入射方位角， 其为入射光线在样品平面投影与x轴夹 角； 为散射天顶角， 其为散射光线与z轴夹角； 为散射方位角， 其为散射光线在样品平 面投影与x轴夹角； 在某一特定波长λ下， L为沿方向 出射的亮度， E为沿方向 入射光照度。 [0003]双向反射 函数的测量方法分为 绝对测量法和相对测量法。 [0004]绝对测量法是指按照  BRDF 的定义， 在不使用任何参考标准 的情况下进行测量， 即采用辐照度计和亮度计分别对入射亮度和出射亮度进行测量， 两者之比即为BRDF。 该方 法对测量装置的要求较高， 并且很容 易引入较大的系统误差 。 [0005]相对测量法是指依照已知BRDF值的标准试样作为定标体， 在同一测量环境和条件 下获得标准体和待测样品的散射强度， 计算公式如下： 式中， 待测样品的输出电压， 为标准式样的输出电压。 该方法可以减小系 统误差， 对杂散光也能起到较好的抑制作用。 与绝对测量法相比， 相对测量法对设备精度的 要求较低， 能够节约测量成本。 但是， 相对测量方法必须依赖标准试样。 从理论上讲， 采用相 对测量法测量样品的  BRDF时， 任意角度都 需确保标准体样品和待测样品的测量条件相同， 测量步骤相对复杂， 工作繁 重。 [0006]现有的BRDF测量装置， 在红外与可见光波段常用分光光度计进行入射光和散射光 能量的测量， 使用绝对测量法计算出待测目标的BRDF值； 在计算机视觉领域常用相机作为 探测器， 通过图像处理的方式获得待测目标BRDF值。 而太赫兹波 段的目标BRDF测量， 由于 没说　明　书 1/5 页 3 CN 115032170 A 3