【摘要】：依據(jù)雙向反射分布函數(shù)理論,推導(dǎo)出散射光譜的加和性原理。散射光譜加和性是指對(duì)于材質(zhì)質(zhì)點(diǎn)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(xué)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(shí),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(shí)驗(yàn)上,以幾種材料的散射光譜為例,通過改變探測(cè)條件、照明條件和材質(zhì)比例,進(jìn)行了散射光譜加和性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并且針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。單光源條件下的最大實(shí)驗(yàn)誤差為2.64%,多光源條件下則為2.35%,加和計(jì)算偏差均在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)體的特征提取及識(shí)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(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了散射光譜加和性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果進(jìn)一步證明了散射光譜加和性是真實(shí)存在的。由于對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)體的相關(guān)光譜分析的理論依據(jù)相對(duì)短缺，而對(duì)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(duì)光譜的反演及識(shí)別提供堅(jiān)實(shí)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(cè)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(cè)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(cè)設(shè)備的響應(yīng)函數(shù)為Ｒ（λ），則探測(cè)到的光譜信號(hào)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(shí)材質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間無相互作用，參考區(qū)域內(nèi)滿足能量守恒定律，探測(cè)器與散射面的距離足夠遠(yuǎn)的平面漫反射體系條件下，ｆ（ｒ）代表被測(cè)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?yàn)楸粶y(cè)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(shí)，設(shè)Ｍ＝Ｒ（λ）ｄＬｉｃｏｓθｉｄωｉ，Ｍ為定值，因?yàn)椋妫ǎ颍?

ＱＥ６５ＰＲＯ光譜儀、８４ｕｖ望遠(yuǎn)鏡、光纖和計(jì)算機(jī)組成。實(shí)驗(yàn)樣品采用由紅色、藍(lán)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(yàn)證時(shí)，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(yàn)證時(shí)，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(shí)驗(yàn)光路圖，單光源加和性實(shí)驗(yàn)時(shí)采用Ｌｉｇｈｔ１作為光源，多光源加和性實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證時(shí)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(cè)量時(shí)樣品固定電動(dòng)位移臺(tái)的樣品架上，樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由電動(dòng)位移臺(tái)控制。光源位置如圖２所示，望遠(yuǎn)鏡與太陽模擬器的入射光軸初始夾角為２０°，光譜儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行光譜采集和存儲(chǔ)。圖２實(shí)驗(yàn)光路圖Ｆｉｇ．２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓ２．２測(cè)量方法在實(shí)驗(yàn)中，為減小實(shí)驗(yàn)誤差采用拆分法實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量：先測(cè)量出樣品整體的散射光譜，再依次測(cè)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(jì)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(shí)驗(yàn)光譜數(shù)據(jù)）對(duì)比。如圖２左下角處的樣品光譜拆分法測(cè)量示意圖。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同加和計(jì)算數(shù)據(jù)做偏差分析，分析結(jié)果同測(cè)量時(shí)儀器造成的誤差作比較，如果加和后的偏差在實(shí)驗(yàn)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(yàn)證的完備性，首先證明加和性與探測(cè)角度無關(guān)；再驗(yàn)證加和性與被測(cè)樣品無關(guān)；最后驗(yàn)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(zhǎng)春理工大學(xué)理學(xué)院;長(zhǎng)春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院;
【基金】：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 吉林省公共計(jì)算平臺(tái)項(xiàng)目(20130101179JC)資助
【分類號(hào)】：O657.3

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本文編號(hào)：2550492