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，由于物體表面反射會得到部分偏振光。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加以對比，用以區(qū)別在普通圖像中難以區(qū)分的物體。本文通過光學(xué)反射光測量實(shí)驗(yàn)，過對不同顏色的服裝反射特性進(jìn)行采集和比對，得出不同顏色服裝反射光譜特性，為圖像探測識別提供理論數(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發(fā)生的是漫反射，發(fā)生漫反射時會使入射光光強(qiáng)大大的減弱。因此該服裝的反射光特性實(shí)驗(yàn)，需要在相對密閉的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而且需要在雜散光相對較弱的環(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)過該過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方向上的光矢量沿著垂直的方向的振動比其他的方向振動更強(qiáng)[5]，這一個方向上的光強(qiáng)度用Imax來,光矢量沿著水平的方向的振動與其比較，比其他方向上的強(qiáng)度要弱，處于劣勢的情況，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自然光和一個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

對于自然光，每一個方向的強(qiáng)度相等，Imax=Imin，所以p=0。而對于線偏振光，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，將其小心的展開固定在光學(xué)平臺光屏上。

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

（3）打開光源，測定光源的照度并開始測量數(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)測量。反射光透射實(shí)驗(yàn)中入射距離采用5cm為一個節(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)服裝的三個顏色部分的透射率變化趨勢大致相同。

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。在光源處放置一個起偏器并測出其最大，最小光強(qiáng)計(jì)算其偏振度。實(shí)驗(yàn)起偏度采用30°為一個節(jié)點(diǎn)，分別對綠色、棕色和黑色進(jìn)行反射光的偏振度測量，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顏色部分的反射光的偏振度變化趨勢大致相同，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小不易探測，所以可以用棕色部分的反射率作為服裝圖像探測識別點(diǎn)。由服裝反射光吸收特性分析和偏振度研究結(jié)果得出，三個顏色部分的透射率變化趨勢大致相同。