服装反射特性光谱分析

朱春燕

（西安工业大学北方信息工程学院，陕西西安，710200）

0 引言

当自然光照射到物体时，由于物体表面反射会得到部分偏振光。不一样的物体颜色的不同状态产生不同的偏振状态。因此将反射光中的偏振信息以及吸收量提取出来加以对比，用以区别在普通图像中难以区分的物体。本文通过光学反射光测量实验，过对不同颜色的服装反射特性进行采集和比对，得出不同颜色服装反射光谱特性，为图像探测识别提供理论数据。

1 反射光的特性实验原理

本次反射光特性分析，采用强光手电筒白光作为实验光源最大限度的模拟自然光源[1]。我们选取了100%棉质服装。在光线照射在服上时发生的是漫反射，发生漫反射时会使入射光光强大大的减弱。因此该服装的反射光特性实验，需要在相对密闭的实验室进行，而且需要在杂散光相对较弱的环境下进行实验[2-3]。

当模拟自然光的光源的以α角入射入折射率为n1的介质1经过介质1之后进入折射率为n2的介质2之中[4]，经过该过程之后反射光以及折射光都将被拆分为偏振光a和偏振光b，其中a偏振光将平行与入射面，而偏振光b将垂直于入射面，折射角β，由上述可以得出偏振光b的振幅反射系数rb为：

偏振光a的反射率系数为：

偏振光b的反射率Rb为：

偏振光a的反射率Ra为：

以部分偏振光为例某一个方向上的光矢量沿着垂直的方向的振动比其他的方向振动更强[5]，这一个方向上的光强度用Imax来,光矢量沿着水平的方向的振动与其比较，比其他方向上的强度要弱，处于劣势的情况，其强度用Imin表示。在此情况之下，部分偏振光可以看做是一个自然光和一个线偏振光相互融合而成的。在此之中，线偏振光的光强度Ip=（Imax-Imin）在部分偏振光的总强度It=（Imax+Imin）的比值P叫做该部分偏振光的偏振度，即

对于自然光，每一个方向的强度相等，Imax=Imin，所以p=0。而对于线偏振光，Ip=It，所欲p=1，而部分偏振光的介于0与1之间。偏振度的数值接近1，光束偏振程度越高。

2 棉质服装反射光特性研究

2.1 实验步骤

（1）将实验所需的服剪裁到合适的尺寸，将其小心的展开固定在光学平台光屏上。

（2）在实验中遇到了白光光源聚光性差的问题，将强光手电筒所产生的白光光源的光束控制。

（3）打开光源，测定光源的照度并开始测量数据。

2.2 反射光特性实验结果

采用强光手电作为模拟自然光的白光光源45°角入射，由于光照度的大小随着距离的变化而变化，选用5cm作为节点取一个值。在实验中我们发现在65cm之后数据趋近与平稳在做出3组差别小于0.1 Lux的数据。实验结果得出棉质服上三种颜色的反射特性。图1、图2 、图3分别为棉质服装绿色、棕色和黑色反射光的变化折线图。由实验数据对比分析得出：在光强较强下，绿色的反射度最高，棕色次之，黑色部分的反射度最低。

图1 绿色反射特性实验数据

图2 棕色反射特性实验数据

图3 黑色的反射特性实验数据

2.3 反射光的吸收特性实验

本次实验用强光手电筒的白光作为实验光源最大限度的模拟自然光源，以三种颜色的透射情况作为衡量其吸收情况的标准进行测量。将棉质服装固定在遮光板的边缘，光源照射到伸出遮光板边缘的部分，在伸出遮光板边缘的部分后面用光电光照度计测量。反射光透射实验中入射距离采用5cm为一个节点，实验结果得出表1、2、3为绿色、棕色和黑色透射实验数据。由上述实验数据得出，棉质服装的三个颜色部分的透射率变化趋势大致相同。

表1 棉质绿色的透射实验数据

表2 棉质棕色的透射实验数据

表3 棉质黑色的透射实验数据

3 反射光的偏振特性实验

将棉质服装的三种颜色固定在遮光板，光源照射遮光板中心。在光源处放置一个起偏器并测出其最大，最小光强计算其偏振度。实验起偏度采用30°为一个节点，分别对绿色、棕色和黑色进行反射光的偏振度测量，得出表4、5、6 偏振实验数据。由上述数据得出反射光的偏振度三个颜色部分的反射光的偏振度变化趋势大致相同，但还是有细微的差异。

表4 棉质服装绿色偏振实验数据

表5 棉质服装棕色偏振实验数据

表6 棉质服装黑色偏振实验数据

4 结论

由棉质服装的反射射光特性实验可以得出，三种颜色反射度略有不同，而且在光强较强的时候尤为明显。其中绿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。在实验中发现绿的部分的反射率接近于环境，而黑灰色部分的反射率过小不易探测，所以可以用棕色部分的反射率作为服装图像探测识别点。由服装反射光吸收特性分析和偏振度研究结果得出，三个颜色部分的透射率变化趋势大致相同。