BSDF 材料散射和外观特性测量系统

BSDF 是 Bidirectional scattering distribution function 的简称，学术上称之为双向散射分布函数。BSDF 是研究物体表面粗糙度之光学性质。由于物体表面上有凹凸不平的微小表面，一道入射光线射到表面而产生散射现象，用 BSDF 来表示这种散射现象。其中双向（Bidirectional）系指入射光与接受散射光的方向，因不同的入射光角度所产生的散射性质亦不相同。

BSDF 双向散射分布函数，描述光从物体表面向不同方向散射。BSDF 方程包含入射光方向以及散射光方向，顾名曰“双向”。BSDF（Bidirectional Scattered Distribution Function，即双向散射分布函数）由 BTDF（Bidirectional Transmittance Distribution Function，即双向透射分布函数）与 BRDF（ Bidirectional Reflectance Distribution Function，即双向反射分布函数）构成。

双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF）用来定义给定入射方向上的辐射照度（irradiance）如何影响给定出射方向上的辐射率（radiance）。更笼统地说，它描述了入射光线经过某个表面反射后如何在各个出射方向上分布——这可以是从理想镜面反射到漫反射、各向同性（isotropic）或者各向异性（anisotropic）的各种反射。

光线照到一个物体，首先产生了反射，吸收和透射，所以 BRDF 的关键因素即为多少光被反射、吸收和透射（折射）了，是怎样变化的。这时的反射多为漫反射。而要知道这些光线反射透射的变化就需要清楚三样东西，物体的表面材质、光线的波长（即它是什么样的光，是可见太阳光，节能灯光还是紫外线）和观察者与物体之间的位置关系。三维世界角度可以类似是球体的，光线角度除了纵向 180°的变化，还有横向 360 的不同发散方向。会有相应的入射光，反射光，入射角和反射角，它们在物体表面的法平面和切平面上的关系成为了 BRDF 的关键参数。由于人类眼睛对光的特殊敏感性，我们之所以能看到物体都是通过光线在物体上的发射和转移实现的。而双向反射分布这样的函数表示可以更好地描述光线在物体上的变化，反射光线同时发向分布在法线两边的观察者和光源两个方向，从而使人在计算机等模拟环境下，视觉上可以看到更好的物体模拟效果，仿佛真实的物体存在。

BTDF 与 BRDF 类似，只不过它是用来描述相对面上的散射情况。综上所述，可以将 BSDF 看作 BRDF 与 BTDF 的扩展集。其实不论 BSDF、BRDF还是 BTDF，这些函数的概念都可以被描述为一个以任意两个角度输入的黑盒子，一个是入射光线，另一个是出射光线（反射或透射）。这个黑盒子会输出一个值，该值定义了输入和输出的光能量之间的比例为给定的一对角度。黑匣子的内容可能是一个数学公式，用以模拟和近似实际表面的行为，它也可能是一个算法，在产生输出的基础上测量数据的离散样本。

BSDF 主要应用在计算机仿真物体表面明亮度，与真实人眼所看物体之明亮度相符；也可应用在背光模块之光学模拟，例如扩散膜的散射性质等等。另外，在材料的光学性能研究领域，双向散射分布函数（BSDF）已经是一个被广泛认可的综合指标，在航天遥感、地理信息、海洋开发、自然灾害监测、气候研究、军工信息等领域得到广泛的应用。随着数字化和信息化的发展，BSDF 的研究也开始了数学建模和数字仿真。

因此，BSDF 的测试日渐成为光学材料仿真与应用中不可或缺的一环，对测量BRDF / BTDF 的要求也越来越高。IS-SA 便是测量 BSDF 仪器中的一款领导产品，其主要特征如下图：

IS-SA 能够在各种光照条件下对表面散射特性进行定量分析，可用来测量塑料、金属、纺织品、玻璃、纸张、涂面、抛光表面、人体皮肤、工程表面等表面散射。

用 IS-SA 对扩散膜进行测量，这些扩散膜可用于图像、性能增强或背光显示。IS-SA 用来区分不同膜的不同效果，也用于对跨片的工艺质量和生产控制的均匀性进行检测。更好的是 IS-SA 能够充分表征 BRDF 和 BTDF 的数据需求。也可用于全息薄膜的测量。IS-SA 的数据可以通过全息胶片区分不同的全息图、确定空间均匀性，或是用于比较样品的目标设计性能。