服裝反射特性光譜分析

朱春燕

（西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院，陜西西安，710200）

0 引言

當(dāng)自然光照射到物體時(shí)，由于物體表面反射會(huì)得到部分偏振光。不一樣的物體顏色的不同狀態(tài)產(chǎn)生不同的偏振狀態(tài)。因此將反射光中的偏振信息以及吸收量提取出來(lái)加以對(duì)比，用以區(qū)別在普通圖像中難以區(qū)分的物體。本文通過(guò)光學(xué)反射光測(cè)量實(shí)驗(yàn)，過(guò)對(duì)不同顏色的服裝反射特性進(jìn)行采集和比對(duì)，得出不同顏色服裝反射光譜特性，為圖像探測(cè)識(shí)別提供理論數(shù)據(jù)。

1 反射光的特性實(shí)驗(yàn)原理

本次反射光特性分析，采用強(qiáng)光手電筒白光作為實(shí)驗(yàn)光源最大限度的模擬自然光源[1]。我們選取了100%棉質(zhì)服裝。在光線照射在服上時(shí)發(fā)生的是漫反射，發(fā)生漫反射時(shí)會(huì)使入射光光強(qiáng)大大的減弱。因此該服裝的反射光特性實(shí)驗(yàn)，需要在相對(duì)密閉的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而且需要在雜散光相對(duì)較弱的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[2-3]。

當(dāng)模擬自然光的光源的以α角入射入折射率為n1的介質(zhì)1經(jīng)過(guò)介質(zhì)1之后進(jìn)入折射率為n2的介質(zhì)2之中[4]，經(jīng)過(guò)該過(guò)程之后反射光以及折射光都將被拆分為偏振光a和偏振光b，其中a偏振光將平行與入射面，而偏振光b將垂直于入射面，折射角β，由上述可以得出偏振光b的振幅反射系數(shù)rb為：

偏振光a的反射率系數(shù)為：

偏振光b的反射率Rb為：

偏振光a的反射率Ra為：

以部分偏振光為例某一個(gè)方向上的光矢量沿著垂直的方向的振動(dòng)比其他的方向振動(dòng)更強(qiáng)[5]，這一個(gè)方向上的光強(qiáng)度用Imax來(lái),光矢量沿著水平的方向的振動(dòng)與其比較，比其他方向上的強(qiáng)度要弱，處于劣勢(shì)的情況，其強(qiáng)度用Imin表示。在此情況之下，部分偏振光可以看做是一個(gè)自然光和一個(gè)線偏振光相互融合而成的。在此之中，線偏振光的光強(qiáng)度Ip=（Imax-Imin）在部分偏振光的總強(qiáng)度It=（Imax+Imin）的比值P叫做該部分偏振光的偏振度，即

對(duì)于自然光，每一個(gè)方向的強(qiáng)度相等，Imax=Imin，所以p=0。而對(duì)于線偏振光，Ip=It，所欲p=1，而部分偏振光的介于0與1之間。偏振度的數(shù)值接近1，光束偏振程度越高。

2 棉質(zhì)服裝反射光特性研究

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將實(shí)驗(yàn)所需的服剪裁到合適的尺寸，將其小心的展開(kāi)固定在光學(xué)平臺(tái)光屏上。

（2）在實(shí)驗(yàn)中遇到了白光光源聚光性差的問(wèn)題，將強(qiáng)光手電筒所產(chǎn)生的白光光源的光束控制。

（3）打開(kāi)光源，測(cè)定光源的照度并開(kāi)始測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2 反射光特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用強(qiáng)光手電作為模擬自然光的白光光源45°角入射，由于光照度的大小隨著距離的變化而變化，選用5cm作為節(jié)點(diǎn)取一個(gè)值。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)在65cm之后數(shù)據(jù)趨近與平穩(wěn)在做出3組差別小于0.1 Lux的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出棉質(zhì)服上三種顏色的反射特性。圖1、圖2 、圖3分別為棉質(zhì)服裝綠色、棕色和黑色反射光的變化折線圖。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出：在光強(qiáng)較強(qiáng)下，綠色的反射度最高，棕色次之，黑色部分的反射度最低。

圖1 綠色反射特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 棕色反射特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 黑色的反射特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 反射光的吸收特性實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)用強(qiáng)光手電筒的白光作為實(shí)驗(yàn)光源最大限度的模擬自然光源，以三種顏色的透射情況作為衡量其吸收情況的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。將棉質(zhì)服裝固定在遮光板的邊緣，光源照射到伸出遮光板邊緣的部分，在伸出遮光板邊緣的部分后面用光電光照度計(jì)測(cè)量。反射光透射實(shí)驗(yàn)中入射距離采用5cm為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出表1、2、3為綠色、棕色和黑色透射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，棉質(zhì)服裝的三個(gè)顏色部分的透射率變化趨勢(shì)大致相同。

表1 棉質(zhì)綠色的透射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 棉質(zhì)棕色的透射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 棉質(zhì)黑色的透射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 反射光的偏振特性實(shí)驗(yàn)

將棉質(zhì)服裝的三種顏色固定在遮光板，光源照射遮光板中心。在光源處放置一個(gè)起偏器并測(cè)出其最大，最小光強(qiáng)計(jì)算其偏振度。實(shí)驗(yàn)起偏度采用30°為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)綠色、棕色和黑色進(jìn)行反射光的偏振度測(cè)量，得出表4、5、6 偏振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由上述數(shù)據(jù)得出反射光的偏振度三個(gè)顏色部分的反射光的偏振度變化趨勢(shì)大致相同，但還是有細(xì)微的差異。

表4 棉質(zhì)服裝綠色偏振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 棉質(zhì)服裝棕色偏振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 棉質(zhì)服裝黑色偏振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

由棉質(zhì)服裝的反射射光特性實(shí)驗(yàn)可以得出，三種顏色反射度略有不同，而且在光強(qiáng)較強(qiáng)的時(shí)候尤為明顯。其中綠色部分的反射度最高，棕色部分次之，黑色部分的反射度最低。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)綠的部分的反射率接近于環(huán)境，而黑灰色部分的反射率過(guò)小不易探測(cè)，所以可以用棕色部分的反射率作為服裝圖像探測(cè)識(shí)別點(diǎn)。由服裝反射光吸收特性分析和偏振度研究結(jié)果得出，三個(gè)顏色部分的透射率變化趨勢(shì)大致相同。