[發(fā)明專利]用于從傳感器數(shù)據(jù)估計(jì)輸入光譜的方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680008436.2
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN107407599A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·利凡斯
• 申請（專利權(quán)）人: 威拓股份有限公司
• 主分類號: G01J3/26
• 分類號: G01J3/26;G01J3/28
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 錢盛赟,蔡悅

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)傳感器組裝件，尤其涉及校準(zhǔn)多光譜或高光譜光學(xué)傳感器組裝件。因此，本發(fā)明提供了一種用于從所測得的光譜估計(jì)輸入光譜的方法和系統(tǒng)。

背景

已知的光學(xué)傳感器組裝件可包括光圈、法布里-珀羅干涉儀或標(biāo)準(zhǔn)具以及光學(xué)傳感器元件。術(shù)語“光學(xué)傳感器元件”在此被用來指定光敏像素(諸如CMOS像素)陣列。

法布里-珀羅干涉儀具有窄透射帶，該透射帶的中心波長取決于其厚度。在上述組裝件中，法布里-珀羅干涉儀的用途是減少感興趣的波長帶之外的光到傳感器上的透射。法布里-珀羅干涉儀可具有針對光學(xué)傳感器元件的不同的相應(yīng)區(qū)域的不同屬性(具體而言是不同的厚度)，以獲得多光譜或高光譜傳感器組裝件。以此方式獲得的高光譜傳感器組裝件的示例在國際專利申請公開WO 2011/064403 A1中公開。與同一基板上的第二傳感器元件相結(jié)合的這一傳感器組裝件的另一示例在國際專利申請公開WO 2011/073430 A1中以本申請人的名義公開。

已知的光學(xué)傳感器組裝件的缺點(diǎn)是精確的光譜表征是復(fù)雜且耗時的任務(wù)。

發(fā)明概述

光學(xué)系統(tǒng)捕捉由具有非零尺寸的物理對象發(fā)出或反射的光，這些光穿過具有非零直徑的光圈。結(jié)果，經(jīng)由光圈到達(dá)傳感器的光線將在不同的角度范圍內(nèi)穿過法布里-珀羅干涉儀。該范圍進(jìn)一步取決于所選光圈設(shè)置。

法布里-珀羅干涉儀的光譜響應(yīng)取決于入射光的入射角。因此，已知的光學(xué)傳感器組裝件的一方面是光譜響應(yīng)曲線隨著光圈尺寸的變化而變化。為了處置光譜響應(yīng)曲線的這一光圈相關(guān)性，有必要通過測量對特定光圈設(shè)置的光譜響應(yīng)并且在光圈尺寸的總體有用范圍內(nèi)重復(fù)該測量來校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。一旦光學(xué)傳感器被利用，就通過選擇對應(yīng)于用于新采集的光圈設(shè)置的正確校準(zhǔn)測量來校正所采集的任何圖像。

該校準(zhǔn)過程是麻煩的，并且必須對光學(xué)傳感器組裝件中的具有基本上相同的幾何屬性的每一系列執(zhí)行。在多光譜或高光譜傳感器組裝件中，必須針對每一波長帶來校準(zhǔn)該系統(tǒng)。用于執(zhí)行對后續(xù)采集圖像的校正的計(jì)算機(jī)或處理器必須可訪問針對所有可能光圈設(shè)置的不同的相應(yīng)校準(zhǔn)曲線。

本發(fā)明的目標(biāo)是促進(jìn)校準(zhǔn)過程和/或使校正過程更高效。

根據(jù)本公開的一方面，提供了一種用于從通過光學(xué)傳感器組裝件采集的傳感器數(shù)據(jù)估計(jì)輸入光譜的方法，該光學(xué)傳感器組裝件包括光圈、法布里-珀羅干涉儀以及光學(xué)傳感器元件，該方法包括：獲取表示光學(xué)傳感器組裝件對光圈的第一設(shè)置的光譜響應(yīng)函數(shù)的第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；從第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表示光學(xué)傳感器組裝件對該光圈的第二設(shè)置的光譜響應(yīng)函數(shù)，其中第二設(shè)置對應(yīng)于在傳感器數(shù)據(jù)的采集期間應(yīng)用的設(shè)置；以及因變于第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)來估計(jì)輸入光譜。

根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)只需對單個光圈設(shè)置可用。針對可以在后續(xù)圖像采集中使用的其它光圈設(shè)置的相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以按需從可用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算出。

雖然本發(fā)明是參照第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)描述的，但本發(fā)明不限于將針對光圈的單個設(shè)置的測量集合(第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù))用作對第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的計(jì)算的輸入。具體而言，該方法可以按以下兩種方式使用：

-對單個光圈使用測量集合，并且計(jì)算對所有其它光圈設(shè)置的響應(yīng)；

-使用表示旨在使用的所有光圈值的子集的多個測量集合，并且計(jì)算對中間光圈值(使用如上模型的基于物理學(xué)的內(nèi)插)以及對所測得的范圍之外的光圈值(如上外插)的響應(yīng)。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，獲取第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括測量光學(xué)傳感器組裝件針對光圈的第一設(shè)置對多個經(jīng)校準(zhǔn)光源的光譜響應(yīng)。

實(shí)際校準(zhǔn)步驟可以是本發(fā)明的實(shí)施例的一部分。然而，一旦已經(jīng)執(zhí)行初始校準(zhǔn)，光學(xué)傳感器組裝件就可繼續(xù)操作所采集的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，法布里-珀羅干涉儀包括覆蓋傳感器元件的相應(yīng)區(qū)域的具有不同光譜屬性的多個部件，并且獲取第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括獲取針對該多個區(qū)域的相應(yīng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。

該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明能適用于多光譜和高光譜傳感器。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)被表示為第一矩陣，并且其中對第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的計(jì)算包括對第一矩陣執(zhí)行矩陣乘法以獲取表示第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的第二矩陣。

如將在以下示出的，矩陣乘法是執(zhí)行從第一校準(zhǔn)數(shù)據(jù)到第二校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換的計(jì)算上高效的方式。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種包括被配置成執(zhí)行上述方法的代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。