双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)用来描述目标材料粗糙表面的空间光散射特性,它主要由表面粗糙度、介电常数、照射或反射波长、偏振等因素决定。双向反射分布函数在光波段和微波段的散射、辐射以及遥感等领域得到了广泛的应用,并已经扩展到了计算机视觉等新兴的研究领域。在总结国内外测试经验的基础上,我校自行研制了一套基于微机控制的BRDF测量系统,测试系统光源的激光波长包括可见光(0.6328μm),近红外(1.34μm),中红外(3.39μm)及中远红外(10.6μm)波段。利用该实验台可实现材料半球空间反射特性和光谱特性的测量。实际表面通常都是不规则的、高度随机变化的,而表面的散射情况与表面形状有很大的关系,这就需要有一种能够研究不规则表面的工具。分形理论(Fractal Theory)是研究和处理具有标度特征的不规则图形的强有力工具,其能够通过简单的参数描述表面形貌的复杂程度,因此分形理论提供了一种从微观分子到宏观尺度描述表面形貌的有效手段。在本文中,首先对双向反射分布函数实验台进行了改造,选择了合适的探测器。然后,模拟了四种理论表面(底面积和高度均不变、底面积不变高度变化、高度不变底面积变化、底面积和高度均变化),并使用蒙特卡洛方法对理论表面的散射进行了模拟,验证了这种方法的可行性与准确性,为实际表面的散射模拟奠定了基础。接下来对实际表面的空间散射进行了模拟,模拟了铝和花岗岩表面的散射,并与实验值进行了对比分析,理论值与实验值不相符的地方都作了比较详细的分析说明。在本文的最后对影响材料表面双向反射分布函数的三种因素(表面粗糙度、入射角、表面材料)进行了分析说明,分析所用数据均为实验值,实验中共选择了8块样片,其中5块材料相同而粗糙度逐次增加以考察表面粗糙度对BRDF的影响,另三块粗糙度相同而材料不同以考察表面材料对BRDF的影响。