一種光譜反射率測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜測量領域，特別涉及一種光譜反射率測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的光譜儀一般通過棱鏡、光柵等分光器件對入射光進行分光，并通過光電倍增管等檢測器件測量不同波長光譜的能量分布。這種光譜儀一方面體積較大，價格昂貴;另一方面，只能測量一個點的光譜數(shù)據(jù)，而無法獲得某個物體表面或物體圖像每個點的光譜反射率數(shù)據(jù)，靈活性欠佳。
[0003]LED作為半導體光源，一個重要特點就是其較窄的光譜寬度。這個特點也為其被應用于單色光的照明、測量等領域提供了有利的支撐。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種光譜反射率檢測裝置。
[0005]本發(fā)明提出的一種光譜反射率檢測裝置，包括照明模塊、成像模塊及數(shù)據(jù)處理模塊，照明模塊用以照明目標物體，成像模塊接收目標物體的反射光線并成像，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制照明模塊的照明；處理獲得的圖像信息并計算目標物體的光譜特征;其中:照明模塊由N路獨立的恒流驅動及控制電路與單色LED陣列串聯(lián)組成，每一路的恒流驅動及控制電路5將每路的單色LED陣列控制在700mA恒流輸出模式;成像模塊包括面陣CCD及透鏡組。透鏡組的進光口對準目標物體，出光口對準面陣CCD，通過透鏡組收集照明目標物體的反射光線，并成像于面陣CCD上;控制及數(shù)據(jù)處理模塊以MCU為核心，M⑶連接照明模塊的每一路恒流驅動及控制電路，從而控制單色LED陣列的開通或關閉；MCU通過與面陣CCD相通訊，獲取目標物體在特定LED光源照射下的成像信息，CU將獲得的成像信息通過計算，得出目標物體圖像每個像素點的相對光譜能量分布信息，存儲在外部的Flash存儲器上，并通過人機界面接口傳輸或顯示給用戶。
[0006]本發(fā)明中，所述單色LED陣列為峰值波長不同的多種單色LED光源，LED峰值波長種類 N>20
[0007]本發(fā)明中，所述單色LED光源的中心波長范圍為200nm?lOOOnm。
[0008]本發(fā)明中，所述單色LED光源的光譜半波全寬小于40nm。
[0009]本發(fā)明中，所述恒流驅動及控制電路可獨立進行PffM調光或模擬調光。
[0010]本發(fā)明提出的一種光反射率檢測裝置的檢測方法，具體步驟如下:
(1)照明模塊中的每一路恒流驅動及控制電路單獨驅動一種單色LED陣列對目標物體進行照明，并通過成像模塊透鏡組收集照明目標物體的反射光線，并成像于面陣CCD上，以此獲得目標物體在該種單色LED陣列照射下的成像信息；
(2)對照明模塊中每一路單色LED陣列重復步驟(I)的過程，依次獨立驅動N種不同的單色LED陣列，獲得目標物體的N個不同的成像信息，從而獲得面陣CCD上每個像素點的N個不同的成像下的光強信息； 通過比較，可得每個像素點在不同光譜下的能量灰度值，從而獲得目標物體每個像素點的光譜反射率。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的光譜反射率測量裝置及方法，利用多種單色LED光源對目標物體分別進行照明，并通過面陣CCD對目標物體在不同光源照明下的成像進行記錄，從而得到目標物體表面每一點的光譜反射率。本發(fā)明無需對目標物體圖像所有像素點進行光譜測量掃描，以較為簡便實用的方法實現(xiàn)了傳統(tǒng)光譜儀器無法實現(xiàn)的功能。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)不意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實施例的裝置原理框圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實施例的光譜反射率測量流程圖。
[0015]圖中標號:I為照明模塊，2為成像模塊，3為控制及數(shù)據(jù)處理模塊，4為目標物體，5為恒流驅動及控制電路，6為單色LED陣列，7為MCU，8為存儲器，9為面陣CXD，10為透鏡組。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的一種實施方式如圖2所示。
[0017]實施例1:照明模塊I由N路獨立的恒流驅動及控制電路5與單色LED陣列6組成。以20nm為間隔，選取主波長從380nm至780nm的單色LED光源，共21種，即N=21。通過開關型恒流驅動及控制電路5將每路單色LED陣列6控制在700mA恒流輸出模式。
[0018]成像模塊2包括面陣CCD9及透鏡組10。透鏡組10用以將目標物體4成像在面陣CCD9上。
[0019]控制及數(shù)據(jù)處理模塊3以MCU7為核心。一方面，M⑶7連接照明模塊I的每一路恒流驅動及控制電路5，從而控制特定單色LED陣列6的開通或關閉；另一方面，M⑶7通過與面陣CCD9相通訊，獲取目標物體4在特定LED光源照射下的成像信息JCU將獲得的成像信息通過計算，得出目標物體4圖像每個像素點的相對光譜能量分布信息，存儲在外部的Flash存儲器上，并通過人機界面接口傳輸或顯示給用戶。
[0020]本發(fā)明中，實施例的光譜反射率測量流程如圖3所示。具體流程如下:(I)測試開始時，MCU7中計數(shù)器置I，控制照明模塊I中第I路單色LED光源開啟，其余LED關閉；(2 )由面陣CCD9記錄當前波長單色LED照射下目標物體的成像信息，即CCD上每個像素點對應的光線強度，計數(shù)器增加I; (3)重復(2)中描述的過程直到完成第21路LED照射下圖像的記錄，獲得每個像素點在21種LED光源下不同的光線強度信息，從而獲得每個像素點的相對光譜能量分布。
【主權項】
1.一種光譜反射率檢測裝置，其特征在于，包括照明模塊、成像模塊及數(shù)據(jù)處理模塊，照明模塊用以照明目標物體，成像模塊接收目標物體的反射光線并成像，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制照明模塊的照明；處理獲得的圖像信息并計算目標物體的光譜特征;其中:照明模塊由N路獨立的恒流驅動及控制電路與單色LED陣列串聯(lián)組成，每一路的恒流驅動及控制電路5將每路的單色LED陣列控制在700mA恒流輸出模式;成像模塊包括面陣CCD及透鏡組;透鏡組的進光口對準目標物體，出光口對準面陣CCD，通過透鏡組收集照明目標物體的反射光線，并成像于面陣C⑶上;控制及數(shù)據(jù)處理模塊以MCU為核心，M⑶連接照明模塊的每一路恒流驅動及控制電路，從而控制單色LED陣列的開通或關閉;MCU通過與面陣CCD相通訊，獲取目標物體在特定LED光源照射下的成像信息，CU將獲得的成像信息通過計算，得出目標物體圖像每個像素點的相對光譜能量分布信息，存儲在外部的Flash存儲器上，并通過人機界面接口傳輸或顯示給用戶。2.根據(jù)權利要求1所述的光譜反射率檢測裝置，其特征在于，所述單色LED陣列為峰值波長不同的多種單色LED光源，LED峰值波長種類N>2。3.根據(jù)權利要求2所述的光譜反射率檢測裝置，其特征在于，所述單色LED光源的中心波長范圍為200nm?lOOOnm。4.根據(jù)權利要求2所述的光譜反射率檢測裝置，其特征在于，所述單色LED光源的光譜半波全寬小于40nmo5.根據(jù)權利要求1所述的光譜反射率檢測裝置，其特征在于，所述恒流驅動及控制電路可獨立進行PWM調光或模擬調光。6.—種如權利要求1所述的光反射率檢測裝置的檢測方法，其特征在于具體步驟如下: (1)照明模塊中的每一路恒流驅動及控制電路單獨驅動一種單色LED陣列對目標物體進行照明，并通過成像模塊透鏡組收集照明目標物體的反射光線，并成像于面陣CCD上，以此獲得目標物體在該種單色LED陣列照射下的成像信息； (2)對照明模塊中每一路單色LED陣列重復步驟(I)的過程，依次獨立驅動N種不同的單色LED陣列，獲得目標物體的N個不同的成像信息，從而獲得面陣CCD上每個像素點的N個不同的成像下的光強信息； 通過比較，可得每個像素點在不同光譜下的能量灰度值，從而獲得目標物體每個像素點的光譜反射率。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光譜反射率檢測裝置及方法，其裝置包括照明模塊、成像模塊和控制及數(shù)據(jù)處理模塊。照明模塊由多種單色LED光源及相應的恒流驅動電路組成，以不同主波長的LED光源分別照明目標物體；成像模塊接收不同單色LED光源照射下目標物體的反射光線并成像；控制及數(shù)據(jù)處理模塊的控制照明模塊和成像模塊的動作，處理獲得的圖像信息并計算目標物體的反射光譜特征。本發(fā)明無需對目標物體圖像所有像素點進行光譜測量掃描，以較為簡便實用的方法得到目標物體表面每一點的光譜反射率，實現(xiàn)了傳統(tǒng)光譜儀器無法實現(xiàn)的功能。
【IPC分類】G01J3/28, G01J3/10
【公開號】CN105606216
【申請?zhí)枴緾N201610115996
【發(fā)明人】劉木清, 江磊, 張瀟臨
【申請人】復旦大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月2日