一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法
【專利摘要】一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法，涉及顏色照度測量【技術領域】，包括以下步驟：1）測量并計算手持式分光光源顏色照度測量儀的分光光路點擴散函數；2）對光譜儀器測量得到的信號進行超分辨率運算。本發明具有以下有益效果：1.單色光源下，改善了本儀器的采樣結果與標準儀器的測量結果間的線性關系。并且，在不同形狀的光譜條件下，可以很好的改善儀器的響應函數對測試結果產生的影響；2.提高了儀器的光譜分辨率，有效減小了由于光譜分辨率不同導致的測量誤差。
【專利說明】一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及顏色照度測量【技術領域】，具體涉及為一種手持式光源顏色照度測量儀 的光譜超分辨方法。
【背景技術】
[0002] 通常，對光源的輻射強度和顏色屬性的測量有光電積分式和分光光譜式兩種。
[0003] 光電積分式測量是采用濾光片匹配儀器相對光譜響應的方法。在濾色片的設計 中，濾色片的相對光譜透過率應滿足式1要求： Ll(AMa) = S(A) 1丄_1)=觸 式1 κ:?:_:1) =聊 式中，:?.)、賴I IlJ為ciei931標準色度觀察者響應曲線，如圖1所示； * * < *； \ / 分別為濾色片的相對光譜透過率;Yp,i為探測器的光譜靈敏度; LL ". H '< - λ % 仄:為相對應的比例系數。
[0004] 采用有色玻璃濾色片來修正儀器光譜靈敏度的方法，性能不穩定、示值誤差較大。 由于工藝和設計的難度，這種方法很難獲得很高的匹配精度。測量光譜功率分布連續而且 比較平滑的光源時，測量誤差相對較小。但是對于LED這種光譜分布不連續，譜線變化又比 較劇烈的光源，測量誤差會比較大。
[0005] 近年來出現了分光原理的光源顏色照度測量儀器，此類儀器采用光柵作為分光器 件，測量被測光源的光譜分布。這種測量方法是通過測量被測光源的光譜分布，對被測光 源的照度、顏色值進行計算，可以達到很好的測量精度，由于是直接測量被測光源的光譜分 布，對不同光譜分布的光源進行測量時，測量結果誤差較為均衡。所以，在需要對光源的光、 色參數進行高精度測量時，多使用分光測量方法。
[0006] 分光光譜原理的光源顏色照度測量儀器采用光柵作為分光器件，通過測量被測光 源的光譜分布來計算光源的照度、顏色值。
[0007] 目前的分光光譜光源測量儀器由于體積較大，一般采用臺式設計。臺式分光光譜 光源測量儀器采用多像元CXD作為傳感器件，一個陣列傳感器上的像元數量可以達到2048 甚至更高，光譜分辨率一般可達到Inm甚至更高。但由于傳感器象元面積較小，測量重復性 較差。有研究采用背照式CCD作為傳感器件，雖然測量重復性有所改善，但器件成本高昂。
[0008] 手持式分光光源顏色照度測量儀的設計中，為了保證測量重復性，一般采用大面 積像元的陣列傳感器作為傳感器件，但是這種傳感器件的像元數量較少，一般為256個像 元。這種情況下雖然保證了測量重復性，卻降低了儀器光譜分辨率。以本發明使用的陣列 傳感器為例，本發明采用256象元的CMOS傳感器，單個象元尺寸為12. 5 (H) *1000 (V) um，雖 然保證了測量重復性指標，但光譜分辨率為IOnm左右。
[0009] 光譜分辨率過低會在測量時導致測量結果譜線產生一定的畸變。
[0010] 采用陣列傳感器做為傳感器件的理想情況下，傳感器件上每個象元對應著一個光 譜波長。但是實際情況下，分光光路都存在著一定的帶寬。波長為^的單色光入射至分光光 路后，其能量會以一定的比例分布在第i個象元附近。同理，當對非單色光進行測量時，每 個象元采集所得信號是由一定光譜范圍的光信號所產生的，陣列傳感器的單個像元采樣信 號可以用式2表示： 其中4為傳感器第i個象元的信號強度；4傳感器第i個象元所對應的波長； 、…、< 為對應的比例系數；M為一定的光譜間隔。
[0011] 若在定標時使用^作為光譜波長4的能量強度，會導致在測量形狀不同的光譜曲 線時測量結果產生畸變。在儀器光譜分辨率較高時或測量光譜形狀比較平緩的譜線時，這 種畸變不太明顯。但是在儀器光譜分辨率較低時，測量類似LED這種形狀變化較為劇烈的 光譜時，測量譜線畸變會比較嚴重，對光源色參數的測量帶來較大的誤差。
[0012] 光譜測量儀器對所測試信號的帶寬響應可以用儀器響應函數來表示，也叫做點擴 散函數。
[0013] 若儀器的點擴散函數為如圖2所示的三角形，其關于中心波長\對稱。函數解析式 如式3所示：
【權利要求】
1. 一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 測量并計算手持式分光光源顏色照度測量儀的分光光路點擴散函數； 2) 對光譜儀器測量得到的信號進行超分辨率運算； 2a)將儀器實際測得信號寫成卷積的形式=i'U) ，其中丨⑵為儀器實際 測得信號，ι-α)為入射光的實際光譜功率分布，為儀器點擴散函數； 2b)構造一個非因果濾波器#印，使得1-取)=V⑶5(幻；其中，x 為入射光 的實際光譜功率分布?I的導數形式； 2c)使誤差信號與任一進入估計的輸入信號正交，均方誤差最小，濾波器表達式為··r(iv) =n￡0^，其中，分別為儀器實際測得信號丨⑶和儀器點擴 散函數?1(幻的離散空間傅里葉變換,flu為實測信號的信噪比，Τ+U.i為入射光的實際光譜 功率分布,Yui的離散空間傅里葉變換； 2d)使傳感器件為大面積的陣列傳感器，儀器測量的信噪比>1000,對濾波器表達 . 式進行近似計算，得到：λ= -- ; 2e)對Γ'(：4進行傅里葉逆變換，即可得到入射光的實際光譜功率分布: ,yU) = ,綠:))=其中，:、.·⑵為入射光的光譜功率分布 '^iV ··-f ^ 'Ui -V-* -A ImmHbl j i 際測得信號,MD為儀器點擴散函數，F(i.y)、|fG.,)分別為儀器實際測得信號:和儀器點 擴散函數￥乃的離散空間傅里葉變換。
2. 如權利要求1所述的一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法，其特征在 于，所述步驟1)包括以下步驟： la) 用一組波長2為等納米間隔的單色光對手持式分光顏色照度測量儀器的分光部分 進行測量，得到一組單色光入射波長為的傳感器第η個像元采樣值ΤΛ(η),構成矩陣又； lb) 對Τ;每行進行歸一化，得到歸一化后的f;; lc) 取的行向量，即為儀器對不同波長的單色光的點擴散函數。
3. 如權利要求2所述的一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法，其特征在 于，還包括步驟3):構造定標裝置對手持式光源顏色照度測量儀進行定標； 3a)構造定標裝置： 所述定標裝置包括電流源（1)、定標光源（2)、積分球（3)和擋板（4);所述電流源（1)連 接定標光源（2 )，所述定標光源（2 )固定在積分球（3 )內壁上，所述電流源（1)控制定標光源 (2)的發光強度，所述積分球（3)內壁涂覆白色漫反射材料，所述積分球（3)上開設有相互 對稱的兩個出光孔（6)，一個出光孔（6)對準高分辨率標準儀器（5)，另一個出光孔（6)對準 手持式分光光源顏色照度測量儀，兩個出光孔（6)和定標光源（2)之間用擋板（4)隔開，避 免定標光源（2)發出的光直接從出光孔（6)出射，擋板（4)上也涂覆和積分球（3)內壁同樣 的材料，此處，手持式分光光源顏色照度測量儀為被定標儀器； 3b)通過控制電流源（1)，使定標光源（2)發出不同強度的光，待定標光源（2)發光穩 定后，使用手持式分光光源顏色照度測量儀和高光譜分辨率標準儀器分別在不同強度的光 下對定標光源（2)進行測量，被定標儀器測量結果為St，高光譜分辨率標準儀器測量結果為 Sstd; 3c)對St中每一行，對其采樣值矩陣T;每行進行歸一化選擇[中該波長對應的第一 行作為點擴散函數，應用公式=Z(Vii)JiU)) = ·)進行解卷積運算，得到 * .--*.Wt.. 經過解卷積運算后的傳感器的像元采樣數據si,選擇本單色光對應的該行數據中采樣值最 大像元的采樣數據作為該波長的測試數據StlQ); 3d)將相同波長下高分辨率標準儀器（5)的測量結果Sstdl(i)與被定標儀器的測試數 據StlU)進行反卷積，再進行線性擬合Sstdl (2 )=kSstdl(i)+d，其中，k、d均為為定 標系數； 3e)對其余波長進行相同運算并獲得對應波長處的定標系數，定標過程結束。
【文檔編號】G01J3/28GK104236710SQ201410512125
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】袁琨, 吳逸萍 申請人:杭州彩譜科技有限公司, 中國計量學院
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