什么是双向散射分布函数（BSDF）？
双向散射分布函数（BSDF）的定义
BSDF 是双向散射分布函数（Bidirectional Scattering Distribution Function）的缩写，它是一种描述光线从表面散射情况的数学函数。
从数学上讲，它由图1中的以下公式定义，其中：
- L 是观察者方向上样本表面的亮度
- E 是来自光源方向的样品表面照度
- Λ 是波长
图1. BSDF的计算公式 。
图2. 显示BSDF、入射光和观察者方向的示意图。
实际上，这种现象通常被分解为反射分量和透射分量，随后分别作为双向反射分布函数（BRDF）和双向透射分布函数（BTDF）进行处理。
图3. 入射光、镜面反射、反射散射分布BRDF、透射散射分布BTDF、镜面透射。
目录
为什么BSDF对光学设计如此重要？
在光学设计过程中，精确的仿真结果取决于准确的光学特性。仅凭几何形状无法决定光分布；正是光学特性决定了光线的能量和方向如何变化。因此，尽可能精确地了解所用材料的光学特性至关重要。获得精确特性的最佳方法是直接测量材料，并将数据导出到光学仿真软件中使用。
要求：
- 光学设计师需要准确的光学参数来进行光线追踪仿真
- 研发（R&D）工程师需要设计出具有指定光学性能的合适材料
- 制造过程必须对质量检查进行严格把控
解决方案：
- 基于BSDF的角向光散射
- 光传播量 TIS（反射率、透射率、吸收率之比）
是德科技为测量BSDF提供了哪些解决方案？
测量BSDF主要有两种方法：光强分布仪和基于摄像头的系统。是德科技为每种方法都提供了两种解决方案。
光照分布仪
您可以使用传统的分光光度计来测量BSDF，其工作原理是：一个静止的光源照射样品，而一个可移动的探测器围绕样品旋转以收集散射光（或者反过来——使用可移动的光源和静止的探测器）。
是德科技提供两种光度分布仪解决方案，如下图所示：REFLET 180S（左）和高反射率测试台（右）。
针对这些高分辨率、高动态范围的电动散射仪系统，我们服务 提供测量服务 。此外，您还可以购买是德科技（Keysight）的REFLET 180S。
解决方案规格
| 功能 | 是德科技 REFLET 180S | 是德科技高镜面反射台 |
|---|---|---|
| 类型 | BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| 动态范围 | 109 | 1013 |
| 波长范围 | 400 nm 至 1700 nm | 280 纳米至 10.6 微米 |
| 入射角 | 可调范围：+90° 至 –90° | 可调范围：90° 至 0° |
| 角范围 | 全景 | 1 范围：–10° 至 +90° |
| 角度精度 | < 0.1° | < 0.02° |
| 重复性 | < 1% | < 1% |
| 重量 | 80 公斤 | 200 公斤 |
| 优点 | • 高动态范围 | • 极高的动态范围 • 距离镜面反射点仅0.002°的测量精度 |
| 共享利益 | • 高精度 • 高重复性 • 可定制的波长范围 |
|
基于摄像头的系统
您还可以使用基于摄像头的系统来测量BSDF，该系统中光源照射样品，而一套透镜系统将所有散射光引导至摄像头。
是德科技开发并组装了基于摄像头的Mini-Diff V2系统，该产品现已上市销售。Mini-Diff V2是一款便携式设备，操作快捷且简便。
Mini-Diff V2 规格
| 功能 | 是德科技 Mini-Diff V2 |
|---|---|
| 类型 | BRDF/BTDF |
| 动态范围 | 105 |
| 波长范围 | 630 纳米、525 纳米、465 纳米、940 纳米 |
| 入射角 | 固定角度：0°、20°、40°、60° |
| 角范围 | 球面 [0°; 75°] [0°; 360°] |
| 角度精度 | 1° |
| 重复性 | < 2% |
| 重量 | 2千克 |
| 优点 | • 即插即用 • 操作简便、速度快 • 便携轻巧 • 价格实惠 |
所有这些仪器 将测量数据导出到仿真软件中，以便用于设计。
使用是德科技 REFLET 180S 进行车载仪表盘测量及使用 LucidShape 进行设计的示例
研发团队可以利用对汽车仪表盘材料表面的测量数据，评估其颗粒大小，并确定哪种颗粒的反射率最低、散射率最高。其目标是打造尽可能具有高散射性的表面，从而减少挡风玻璃上的反射，保障驾驶员安全。
为了比较两种粒度不同的仪表盘表面的散射特性，你需要使用白光测量四个入射角（AOI = 10°/30°/50°/70°）下的BRDF。
图 4.使用是德科技 REFLET 180S 进行仪表盘测量的示例。
这两个表面都具有一个大的高斯峰，峰的两侧有散射，且背景呈朗伯分布。
背景的色调相似，但参考图1的光泽感更强，而参考图2的光线更柔和；这表明参考图2更适合用作仪表盘。
得益于将测量数据导出到设计软件的功能，您可以利用这些数据在LucidShape 中进行仿真，如图 5 所示。
图5.LucidShape 模拟图，用于仪表盘对比。
利用 LucidShape 中的数据，您可以进行模拟并得出相同的结论：参考样本 1 的镜面反射更强，而参考样本 2 的漫反射更强，这意味着驾驶员在使用参考样本 2 时会感受到更少的眩光。
直接测量BSDF有助于设计师选择合适的材料或涂层，实现精准的渲染效果，并降低原型制作的成本。
使用是德科技精确测量BSDF
我们提供高精度的光散射数据解决方案，助力您更快、更经济地开发光学产品。了解更多关于我们的光学散射测量设备及 SmartStart Measurement服务。
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