[發明專利]一種手持式光源顏色照度測量儀的光譜超分辨方法

有效

• 申請號: 201410512125.2
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104236710A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 袁琨;吳逸萍
• 申請（專利權）人: 杭州彩譜科技有限公司;中國計量學院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

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

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。

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：

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

?????????????????????????????????????式1

????????????????????????????????????????

式中，?為CIE1931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；為探測器的光譜靈敏度；、為相對應的比例系數。

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。

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。

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。

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CCD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1nm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。

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10nm左右。

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。

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：

??????式?2

其中，為傳感器第i個象元的信號強度；傳感器第i個象元所對應的波長；、、…、為對應的比例系數；為一定的光譜間隔。

若在定標時使用作為光譜波長的能量強度，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。

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。

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：

???????????????????式3??

在這種情況下，若被測光源的光譜分布真實值在區間范圍上式線性函數時，由式3得，測量值與真實值相等。如果若被測光源的光譜分布真實值在該區間范圍內不是線性的，測量值與真實值則不等。若譜線為凹形，經積分值會比真實值大；反之則小。圖3分別顯示了真實譜線為線性（實線）和非線性（虛線）的情況。