常見植物葉片的反射光學(xué)特性研究

楊曉東　田園　朱春燕

摘? ?要：為了研究在實(shí)際環(huán)境下待測(cè)目標(biāo)的反射光學(xué)信息，了解目標(biāo)和障礙物的反射特性，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)入手，分別對(duì)葉片的正反兩面進(jìn)行不同強(qiáng)度的光照射，獲取反射光的照度信息。實(shí)驗(yàn)表明，主動(dòng)光源的入射距離是影響反射光照度的主要影響因素，而葉片的正反兩面也對(duì)反射光有一定的影響。

關(guān)鍵詞：反射特性;光照度;雙面照射

隨著現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，可以說(shuō)目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)就意味著將要被摧毀，也就是說(shuō)，各類目標(biāo)如果不進(jìn)行嚴(yán)密的偽裝就難以生存[1]。很多作戰(zhàn)場(chǎng)地都在茂密的樹林，有很好的隱蔽效果。為了更好地探測(cè)和識(shí)別目標(biāo)，對(duì)樹木的光學(xué)屬性進(jìn)行分析可作為樹木探測(cè)的前期研究，從而提取有效的目標(biāo)信息，為最終的目標(biāo)探測(cè)提供理論依據(jù)。

各種分子在不同光強(qiáng)下的性質(zhì)各不相同，任何分子都有它特有的光譜特性，進(jìn)而使各物質(zhì)材料具備獨(dú)一無(wú)二的吸收、反射和輻射光譜特點(diǎn)[2]。本課題主要研究在不同光強(qiáng)下幾種植物葉片的反射光譜信息。首先，參照相關(guān)資料對(duì)植物的反射光譜進(jìn)行理論研究，得出不同光強(qiáng)下的光譜信息，其次，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究常見植物葉片和不同階段葉片的反射光譜特性。

1? ? 實(shí)驗(yàn)原理及器材

本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的是光照度譜，根據(jù)隨距離變化光源的光照度不同，從而使葉片的反射光光照度不同的原理來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[3-5]。實(shí)驗(yàn)的基本原理為表面反射原理，光源直接照射待測(cè)葉片表面，產(chǎn)生反射光束，對(duì)其進(jìn)行接收，分析強(qiáng)度的吸收等特性[6]。實(shí)驗(yàn)儀器有白光光源、接收屏、照度計(jì)等。

在測(cè)量植物葉片的反射光照度和透射光照度時(shí)應(yīng)該調(diào)整好光源，保證在電量能使光源穩(wěn)定的情況下測(cè)量所需要的數(shù)據(jù)[7-9]。對(duì)不同葉片的不同時(shí)期進(jìn)行多次測(cè)量，結(jié)合理論觀察所得數(shù)據(jù)，選出最穩(wěn)定的3種數(shù)據(jù)，求出平均值，提高實(shí)驗(yàn)精度。

挑選出同一時(shí)期不同植物的葉片，為了減小誤差、保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，統(tǒng)一選擇表面光滑的葉片作為實(shí)驗(yàn)材料。接著選擇好實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建，將白光光源擋住，只留下一個(gè)小孔用于實(shí)驗(yàn)。先將白光光源打到強(qiáng)光檔位，然后改變?nèi)~片和光源的距離，用照度計(jì)進(jìn)行測(cè)量并記錄正反面植物葉片的入射光照度和反射光照度，再將白光光源打到弱光檔位繼續(xù)改變?nèi)~片和光源的距離，最后用照度計(jì)進(jìn)行測(cè)量并記錄正反面植物葉片的入射光照度和反射光照度。多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，盡最大可能減少實(shí)驗(yàn)誤差。

2? ? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)處理

首先在白光光源強(qiáng)光檔位下對(duì)綠蘿的嫩葉和成熟葉片進(jìn)行測(cè)量，在起始光源光照度為2 610 Lux時(shí)，分別測(cè)量了入射光照度隨距離的變化情況和葉片正面和反面反射光照度隨入射光照度的變化情況。實(shí)驗(yàn)情況如表1～2所示。

通過(guò)在強(qiáng)光檔位下對(duì)綠蘿不同時(shí)期葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求平均值，然后用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以分別得到各個(gè)時(shí)期在強(qiáng)光下反射光照度隨距離變化的對(duì)比分析圖[10]。通過(guò)圖像可以觀察到各個(gè)階段的變化趨勢(shì)，得出在強(qiáng)光檔位下綠蘿不同時(shí)期的光譜特性，為后面幾種樹葉葉片的研究作鋪墊。

將白光光源打到弱光檔位下，對(duì)綠蘿的幼葉和成熟葉片再次進(jìn)行測(cè)量，在起始光源光照度為816 Lux時(shí)分別測(cè)量葉片正面和反面反射光照度隨入射光照度的變化情況，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了避免誤差，盡可能得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，需要多次重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)求其平均值。得到的測(cè)量數(shù)據(jù)如表3～4所示。

通過(guò)調(diào)整檔位的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，同樣可以得到葉片正反兩面光照度的對(duì)比圖，如圖1～2所示。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)綠蘿植物葉片的不同階段在不同光強(qiáng)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，幼葉在同一光強(qiáng)下的反射光照度值是非常接近的。在光強(qiáng)一定的情況下，隨著距離增大，反射光照度是減小的。強(qiáng)光下的反射光照度比弱光下的反射光照度大，且下降趨勢(shì)也比弱光偏快。但無(wú)論是在強(qiáng)光還是弱光下，其反射光照度值都比較相近，下降趨勢(shì)整體相同。

[參考文獻(xiàn)]

[1]邱守義，張玉榮.淺談偽裝目標(biāo)光學(xué)偵察方法[J].科技與創(chuàng)新，2016（11）：127-128.

[2]張朝陽(yáng)，程海峰，陳朝輝，等.高光譜遙感的發(fā)展及其對(duì)軍事裝備的威脅[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2008（1）：10-12.

[3]劉增燦，鄧愛明，周學(xué)梅，等.目標(biāo)偵測(cè)與偽裝技術(shù)[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2011，32（4）：30-34.

[4]范晉祥，岳艷軍.軍用紅外成像系統(tǒng)新概念新體制的發(fā)展[J].紅外與激光工程，2011，40（1）：1-6.

[5]鄧春濤.熱紅外偽裝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代兵器，1990（3）：29-32.

[6]于名訊，賈瑞寶，趙均英，等.人體熱紅外隱身技術(shù)淺析[J].紅外技術(shù)，2005，27（6）：497-500.

[7]MORAN J A，MITCHELL A K，GOODMANSON G，et al. Differentiation among effects of nitrogen fertilization treatments on conifer seedlings by foliar reflectance：a comparison of methods[J].Tree Physiology，2015（20）：1 113-1 120.

[8]楊玉杰，劉志明，胡碧茹，等.基于光譜分析的植物葉片仿生偽裝材料設(shè)計(jì)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2011，31（6）：1 668-1 672.

[9]楊之文，高勝鋼，王培綱.幾種地物反射光的偏振特性[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25（2）：241-245.

[10]KOVACEVIC S，SCHWARZ I G，DURASEVIC V.Analysis of printed fabrics for military camouflage clothing[J].Fibres &Textiles in Eastern Europe，2012，3（3）：82-86.