CN103076093A - 一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统 - Google Patents

一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统 Download PDF

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CN103076093A CN2012105876997A CN201210587699A CN103076093A CN 103076093 A CN103076093 A CN 103076093A CN 2012105876997 A CN2012105876997 A CN 2012105876997A CN 201210587699 A CN201210587699 A CN 201210587699A CN 103076093 A CN103076093 A CN 103076093A
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袁琨
陈刚
李娜娜
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Shanghai Hanpu Photoelectric Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统，其中，所述匹配方法充分考虑了由于光线非垂直入射的情况，对有色玻璃设计的匹配模型进行了相关优化：对已有的有色玻璃在垂直入射条件下测得的光谱透过率曲线需要按照上式进行修正，得到该有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率曲线。再以此为基础进行有色玻璃的匹配。得到的匹配结果，在实际测试时测试结果和实际结果的匹配精度更高。

Description

一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统
技术领域
本发明涉及色温照度计制造技术领域，尤其涉及一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统。  
背景技术
色彩照度计是一款应用于照明光源测试的仪器，主要用于测量光源的三刺激值、照度、色差、相关色温及色度。现存的色彩照度计主要是采用光电积分原理设计。在光电积分式色彩照度计中，测试仪器光电探测器的响应应该复合CIE1931规定的卢瑟条件，并由此来获得颜色的三刺激值、色坐标等参数。目前多采用的是光学有色玻璃法，通过多片有色玻璃的组合来校正入射到光电探测器上的光谱，使光电探测器响应的相对光谱分布与卢瑟条件曲线相匹配。 
匹配校正滤光片使其完全符合卢瑟条件在实际的应用中是难以实现的，只是符合的程度越高，仪器的测试精度就越高。国家计量检定规程中规定了 匹配误差的评价方法—总误差面积比例最小法，即实际光谱透射比的归一化函数与理想透射比曲线不匹配的面积总和比例最小，匹配误差 计算方法可用下式表示： 
Figure 955142DEST_PATH_IMAGE001
Figure 736148DEST_PATH_IMAGE002
； 
式中： 为标准（归一）化了的相对光谱灵敏度。
Figure 606200DEST_PATH_IMAGE004
； 
式中：
Figure 550017DEST_PATH_IMAGE005
为标准A光源的相对光谱功率分布；
Figure 688874DEST_PATH_IMAGE006
是光敏元件的光谱响应函数；是人眼的光谱光视函数曲线。
综上所述，在色温照度计的设计中，需要对滤色片进行匹配，搭配出相对光谱透过率尽量与目标曲线相近的滤色片，才能保证测量的准确性。 
目前，传统的色彩照度测量仪器在进行有色玻璃匹配时，首先要测出每种有色玻璃的光谱透过率，然后根据光谱透过率对多种有色玻璃进行匹配。假定用N种有色玻璃组合成需要的滤色片；如果用表示光传感器的光谱响应函数；
Figure 569608DEST_PATH_IMAGE009
是CIE1931规定的光源色三刺激值中Y光谱响应曲线；
Figure 879367DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 497561DEST_PATH_IMAGE011
……
Figure 550968DEST_PATH_IMAGE012
分别表示每种有色玻璃1mm厚度的光谱透射率；
Figure 390748DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 871408DEST_PATH_IMAGE014
……
Figure 491745DEST_PATH_IMAGE015
分别表示每种有色玻璃的厚度，(单位为mm),那么当光线垂直入射时，多种有色玻璃组合成的滤色片与光传感器组合在一起后的光谱灵敏度函数
Figure 83263DEST_PATH_IMAGE006
可以用下式来表示： 
Figure 43129DEST_PATH_IMAGE016
；
式中，0.92是考虑到入射光在滤光片上的反射后所加的比例因子。
例如，要得到相对光谱透过率对应下图中所示的
Figure 519458DEST_PATH_IMAGE017
 的滤色片,一种方案是用LB6、LB16、BG39、JB450滤光片进行匹配，对应厚度为1mm、2.4mm、0.3mm和1mm。LB6、LB16、BG39、JB450的光谱透过率分别如图1所示。 
然而，上述方法存在一定缺陷：图1所示的每个滤光片的光谱透过率的测量条件是光线垂直入射滤光片后测量其出射光的光谱。这种测试条件和色温照度计的实际使用条件是有很大区别的。在对环境光的测量过程中，进入测量光路的光线是各个方向光线都存在的漫射光线。而且，在色温照度计和照度计的设计中，为了改善仪器的余弦响应特性，需要在测试探头上覆盖余弦矫正器。光线通过余弦矫正器后为方向不固定的漫射光线。当入射光线成一定角度入射有色玻璃的情况下，该光线在有色玻璃中的光程相对有色玻璃厚度变长。 
以图2为例，标号为LB16的有色玻璃厚度为2.4mm和1.2mm的不同情况下，其相对光谱分布会导致显著的不同。对于厚度为d mm时，特定波长光谱透过率为
Figure 299196DEST_PATH_IMAGE018
的有色玻璃对于A光线其透过率为，而B光线的光谱透过率为
Figure 508777DEST_PATH_IMAGE020
。如果在进行色温照度计的滤光片匹配计算时，用垂直入射测得的滤色片透射率作为计算依据，在实际测量环境光时会产生很大误差。 
有鉴于此，如何将垂直入射测量条件下得到的滤色片光谱透过曲线按照颜色照度计的实际使用情况进行修正以得到更准确的匹配结果成为目前的研究方向之一。 
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统。旨在解决现有技术中的问题。 
本发明的技术方案如下： 
一种色温照度计的有色玻璃匹配方法，其中，所述方法包括以下步骤：
S1、建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一种材料有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 393556DEST_PATH_IMAGE021
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
S2、计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 660590DEST_PATH_IMAGE021
；
S3、设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一个矩阵
Figure 528369DEST_PATH_IMAGE023
，且
Figure 334782DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 91702DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
S4、用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一
Figure 677404DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 841669DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 83295DEST_PATH_IMAGE028
  
其中：
Figure 623998DEST_PATH_IMAGE029
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线。 n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 814939DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
S5、对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
S6、所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选。筛选的标准包括：光谱透过率的峰值大于30%即可。
所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其中，所述步骤S2中计算垂直光谱透过率Td
Figure 415684DEST_PATH_IMAGE021
是按照下式进行计算的： 
Figure 879027DEST_PATH_IMAGE030
。
所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其中，所述步骤S5具体包括： 
S51、计算两种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 223420DEST_PATH_IMAGE031
 所有2个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S52、计算三种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 518135DEST_PATH_IMAGE031
 所有3个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S53、计算四种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 289782DEST_PATH_IMAGE031
 所有4个不同材料有色玻璃片组成的组合的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差。
所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其中，所述步骤S4中，有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率可以用下式表示 
Figure 240421DEST_PATH_IMAGE032
;
其中，
Figure 122926DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 288459DEST_PATH_IMAGE034
。
其中， 
K为常数项，其具体数值不会影响滤色片的相对光谱透过率；R为有色玻璃的半径； d为有色玻璃的厚度。
一种色温照度计的有色玻璃匹配系统，其中，所述系统包括： 
数据库模块，用于建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 231008DEST_PATH_IMAGE021
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
垂直透过率计算模块，用于计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 668942DEST_PATH_IMAGE021
；
垂直光谱透过率曲线模块，用于设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 355139DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 624446DEST_PATH_IMAGE023
，且
；
其中，
Figure 663126DEST_PATH_IMAGE025
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 887434DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
修正模块，用于用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一矩阵
Figure 46331DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 458858DEST_PATH_IMAGE036
其中： 
Figure 486857DEST_PATH_IMAGE029
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 730756DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
匹配模块，用于对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
筛选模块，用于所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选。筛选的标准为：f1匹配误差尽量小，并且整体光谱透过率尽量大。在色温照度计的设计中，光谱透过率的峰值大于30%即可。
有益效果： 
本申请的色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统，充分考虑了由于光线非垂直入射的情况，对有色玻璃设计的匹配模型进行了相关优化：对已有的有色玻璃在垂直入射条件下测得的光谱透过率曲线需要按照上式进行修正，得到该有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率曲线。再以此为基础进行有色玻璃的匹配。得到的匹配结果，在实际测试时测试结果和实际结果的匹配精度更高。 
附图说明
图1为LB6、LB16、BG39、JB450滤光片的光谱透过率的示意图。 
图2为标号为LB16的有色玻璃厚度为2.4mm和1.2mm时其相对光谱分布示意图。 
图3为本发明中圆形滤光片的入射光的光强积分示意图。 
图4为本发明中P点其从底面的出射光强度的计算方法的示意图。 
图5为本发明中ABCD表面的出射光强度的计算方法的示意图。 
图6为本发明的色温照度计的有色玻璃匹配方法的流程图。 
图7为本发明中Y滤光片的光谱分布示意图。 
图8为本发明中用积分球测量被测滤光片的漫入射光谱透过率的示意图。 
图9为本发明中应用色玻璃匹配方法的色温照度计的示意图。  
具体实施方式
本发明提供一种色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 
为了便于理解，首先介绍一下本发明的算法思路： 
光线透射过余弦矫正器后,达到有色玻璃表面,入射至有色玻璃内部。有色玻璃的形状根据传感器表面形状而定，选择了大小和传感器光敏面相同的圆形，直径和传感器光敏面相同。此时由于余弦矫正器对入射光的均匀化作用,认为入射光在有色玻璃表面分布为近似均匀的，而且在有色玻璃表面一点入射有色玻璃内部的光为近似朗伯体分布的点光源（这一点非常关键）。
如图3所示，对于整片圆形滤光片的上表面来说，入射光可以用下式来表示: 
；
其中， 为滤色片表面中任意一点面积为无限小的P点整体光出射强度, 
Figure 386363DEST_PATH_IMAGE039
 为滤色片中任意一点P点面积为无限小的滤色片面积，r为圆形的半径。
因为点P点可以认为是点光源，光强角分布近似为朗伯体，其任意方向光强为： 
Figure 501080DEST_PATH_IMAGE040
， 
Figure 127234DEST_PATH_IMAGE041
；其中 ， 
Figure 248773DEST_PATH_IMAGE042
为有色玻璃表面任意一点P表面积为dS的区域入射光强的法向分量,由朗伯定理易知大小为
Figure 618575DEST_PATH_IMAGE043
;
Figure 837067DEST_PATH_IMAGE044
为有色玻璃表面任意一点表面积为dS的区域入射光与法向成
Figure 634121DEST_PATH_IMAGE045
角度方向的光强； 
Figure 242957DEST_PATH_IMAGE045
 为
Figure 150870DEST_PATH_IMAGE046
与法向夹角， 
Figure 974601DEST_PATH_IMAGE047
为有色玻璃表面任意一点表面积为dS的区域入射光强。 
如图4所示，P点其从底面的出射光强度和从ABCD平面出射光强度之间的关系为： 
Figure 942557DEST_PATH_IMAGE048
对于有色玻璃表面任意一点，其在有色玻璃内只有与法向成+
Figure 38689DEST_PATH_IMAGE049
和-角度内的光线可以到达硅光电二极管表面。而光线延不同角度在有色玻璃内传播的光程不同，对于根据朗伯比尔定律，对于厚度为 mm时，特定波长光谱透过率为
Figure 629704DEST_PATH_IMAGE052
的有色玻璃, 当厚度为d mm时，其透过率为
Figure 213132DEST_PATH_IMAGE053
（以下讨论均对该特定波长进行）。
对于ABCD平面，如图5所示，其出射光强 
；
其中，
， 
Figure 820197DEST_PATH_IMAGE034
对于P点，对出射光的贡献为
Figure 890921DEST_PATH_IMAGE055
对于整片滤色片，该波长处的整体出射光强度为,
Figure 944328DEST_PATH_IMAGE056
其中，
Figure 597157DEST_PATH_IMAGE057
其中，
R为有色玻璃的半径；
d为有色玻璃的厚度。
在上式中，
Figure 635838DEST_PATH_IMAGE047
为有色玻璃表面任意一点P点表面积为无限小dS的区域的入射光强，与入射光光强度成正比。在评价滤色片的透过率曲线形状特征时，常数项K绝对值大小并不会对滤色片透过率相对分布产生影响。所以在这里，可以把常数项K提出，光线在经过余弦矫正器均匀化后，特定波长的光线经过有色玻璃的透过率，即该有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率可以用下式表示 
Figure 227356DEST_PATH_IMAGE059
其中：
Figure 797009DEST_PATH_IMAGE057
Figure 714149DEST_PATH_IMAGE058
    在对色温照度计的X、Y、Z三种滤色片进行匹配时，对已有的有色玻璃在垂直入射条件下测得的光谱透过率曲线需要按照上式进行修正，得到该有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率曲线。再以此为基础进行有色玻璃的匹配。以上便是本发明之主题思想所在，下面具体介绍是如何进行匹配的（以对色温照度计中的Y滤色片进行匹配为例）。
首先，确定我们要匹配的滤色片的光谱透过率相对分布。 Y滤光片的光谱透过率曲线是CIE1931规定的光源色三刺激值中Y。将其归一化后，光谱分布如图7所示。滤光片匹配的目的是：找到固定的几种有色玻璃材料，采用不同的厚度组合，使组合成的滤色片其光谱归一化后的透过率和上图的匹配误差尽量小。匹配误差
Figure 493886DEST_PATH_IMAGE060
计算方法可用下式表示： 
Figure 889096DEST_PATH_IMAGE061
式中：
Figure 765785DEST_PATH_IMAGE007
是CIE1931规定的光源色三刺激值中Y的光谱响应曲线。
Figure 588247DEST_PATH_IMAGE062
为标准（归一）化了的探测器和滤色片综合相对光谱灵敏度。其计算方法为
Figure 855280DEST_PATH_IMAGE063
在上式中
Figure 54181DEST_PATH_IMAGE064
为探测器在波长
Figure 536109DEST_PATH_IMAGE065
处的光谱响应；
Figure 529472DEST_PATH_IMAGE066
为滤波片在波长
Figure 283802DEST_PATH_IMAGE065
处的光谱透过率。
需要注意一点地是，在实际的生产中，对有色玻璃材料和厚度的选择有下面几种特点： 
A1、有色玻璃的种类是一定的。以德国肖特为例，其有色玻璃生产的种类共有几十种。
A2、为了保证光电探测系统的测量信噪比，几种有色玻璃组合成的滤色片其综合光谱透过率不能过低。如果片面的追求低f1误差，可能会导致采用的多种有色组合的厚度过大，从而导致透过率过低。这个指标要根据实际的探测器性能、系统测量性能要求其它关键部件的性能综合决定。 
A3、加工精度的问题。以现在的有色玻璃冷加工实际水平来看，为了保证实际生产时质量有一定的保证，单片有色玻璃的厚度最好大于0.2mm，单片厚度公差
Figure 20814DEST_PATH_IMAGE067
。 
请参阅图6，其为本发明的色温照度计的有色玻璃匹配方法的流程图。如图所示，所述方法包括： 
S1、建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 606516DEST_PATH_IMAGE021
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
S2、计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 36360DEST_PATH_IMAGE021
；
S3、设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 277986DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 553109DEST_PATH_IMAGE023
，且
Figure 9629DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，
Figure 344796DEST_PATH_IMAGE025
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 136034DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
S4、用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一
Figure 214849DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 712826DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 484473DEST_PATH_IMAGE068
其中： 
Figure 248161DEST_PATH_IMAGE029
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线。 n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 130666DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
S5、对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
S6、所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选。筛选的标准为：f1匹配误差尽量小，并且整体光谱透过率尽量大。在色温照度计的设计中，光谱透过率的峰值大于30%即可。
下面分别针对上述步骤进行详细介绍： 
步骤S1为建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 483150DEST_PATH_IMAGE021
，及所述有色玻璃的厚度d0。具体来说，可准备不同材料的有色玻璃片，每种有色玻璃片准备一片，建立有色玻璃库。使用分光光度计按照垂直入射测量方法测量出每片有色玻璃的光谱透过率T0 ，并测量出该片有色玻璃的厚度d0。
步骤S2为计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 925950DEST_PATH_IMAGE021
。在本实施例中，其按照下式进行计算： 
Figure 346567DEST_PATH_IMAGE030
。
步骤S3是设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 819137DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 745635DEST_PATH_IMAGE023
，且 
；
其中，
Figure 895174DEST_PATH_IMAGE025
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 956671DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度。
然后，在步骤S4中求出每种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，不同厚度的光谱透过率，按照下式，用matlab软件进行计算。 
Figure 303339DEST_PATH_IMAGE059
其中： 
Figure 715865DEST_PATH_IMAGE057
Figure 743864DEST_PATH_IMAGE069
按照之前的限定条件：如果有色玻璃库中有n种有色玻璃，取有色玻璃最小厚度0.2mm，计算以厚度间隔0.1mm为标准，每增加0.1mm后，该有色玻璃形状是圆形的情况下，光线漫入射时，不同厚度的光谱透过率，每种有色玻璃最大的厚度为4mm。计算后可以得到下面的矩阵
Figure 928169DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 827992DEST_PATH_IMAGE068
其中： 
Figure 394103DEST_PATH_IMAGE029
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线。 n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 695771DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度。
至此得到了n种有色玻璃在39种不同厚度情况下的光谱透过率曲线。 
步骤S5是对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差。 
在本实施例中，其具体包括： 
S51、计算两种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 118662DEST_PATH_IMAGE031
 所有2个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S52、计算三种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵 所有3个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S53、计算四种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵 所有4个不同材料有色玻璃片组成的组合的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差。
最后，在步骤S6中，所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选。筛选的标准为：f1匹配误差尽量小，并且整体光谱透过率尽量大。在色温照度计的设计中，光谱透过率的峰值大于30%即可接受。 
进一步地是，通常情况下，采用上述三个步骤（S51、S52、S53）进行匹配就可以得到f1误差较小的匹配方案。如果对结果不满意，可以计算更多种有色玻璃的数量组合，并减小厚度间隔，会带来更大的计算量，但是有可能得到f1误差更小或相同f1误差滤色片整体透过率更高的匹配方案。 
发明人经过研究发现：经两种匹配算法对于所求的Y滤光片的实际计算，得到了下面两种方案。 
漫入射滤色片匹配结果为： 
Figure 766178DEST_PATH_IMAGE070
用上表中4种有色玻璃，组合成新的滤色片，用垂直入射的计算方法测量其光谱透过率，计算得到的匹配精度为5.6%
垂直入射滤色片匹配结果为：
Figure 376282DEST_PATH_IMAGE071
用上表中4种有色玻璃，组合成新的滤色片，用垂直入射的计算方法测量其光谱透过率，计算得到的匹配精度为5.0%
为了对滤色片匹配的测试结果进行验证，我们设计了两种实验方法对其进行实验：M1和M2。
M1、被测光源正照射至色温照度计探头的实际检测效果。 
用漫入射滤色片匹配结果和垂直入射滤色片匹配结果对测量环境光时的测量效果进行验证。 
首先，对两种匹配方案的色温照度计探头用卤钨灯进行标定。然后设计一个暗室，用下列标准光源对色温照度计探头直射，测量测量结果，以测量结果中的Y值为例，对两种匹配结果做评价。 
垂直入射滤色片匹配方案测量结果 
漫入射滤色片匹配方案测量结果
Figure 2012105876997100002DEST_PATH_IMAGE002
从以上检测结果可知，在不同光谱分布的光源条件下测量，采用漫入射匹配方案的色温照度计其测量结果要优于垂直入射的匹配方案。
M2、测量被测滤光片的漫入射光谱透过率。 
为了测量滤色片的漫入射透过率，设计了以下装置对被测滤色片的漫入射透过率进行测量。如图8所示，设计一个30cm直径积分球，内表面涂覆漫白色反射材料硫酸钡，在积分球下表面开光源孔，放置卤钨灯光源。在积分球侧表面开出光孔，在光源孔和出光孔之间设置硫酸钡涂覆的挡板，保证光源发出的光不能直射到出光孔上。这样可以保证从出光孔发出的光为无方向特异性的漫出射光。将被测滤色片覆盖至出光孔上，用分光光谱测量仪测量滤色片透射光的光谱分布
Figure 231609DEST_PATH_IMAGE074
。然后将被测滤色片取出，直接测量出光孔光谱分布
Figure 199565DEST_PATH_IMAGE075
。被测滤光片的光谱透过率为
Figure 295697DEST_PATH_IMAGE076
。再计算滤光片匹配的目标光谱曲线和被测滤光片光谱曲线的匹配误差。 
测量结果如下： 
Figure 7301DEST_PATH_IMAGE077
由以上测量结果可知，漫入射情况下，滤色片实际光谱透过率和垂直入射情况下光谱透过率有较大差异。滤色片的漫入射透过率，并不能用其垂直入射透过率进行计算。
本发明还提供了一种色温照度计的有色玻璃匹配系统，其中，所述系统包括： 
数据库模块，用于建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 673819DEST_PATH_IMAGE021
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
垂直透过率计算模块，用于计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td ；
垂直光谱透过率曲线模块，用于设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 396104DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 645820DEST_PATH_IMAGE023
，且
Figure 693411DEST_PATH_IMAGE035
；  
其中，
Figure 3169DEST_PATH_IMAGE025
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 73893DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
修正模块，用于用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一
Figure 127300DEST_PATH_IMAGE022
矩阵
Figure 780129DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure 260789DEST_PATH_IMAGE068
其中： 
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 472645DEST_PATH_IMAGE026
为该有色玻璃的厚度；
匹配模块，用于对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
筛选模块，用于所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选。筛选的标准为：f1匹配误差尽量小，并且整体光谱透过率尽量大。在色温照度计的设计中，光谱透过率的峰值大于30%即可。
在具体应用过程中，如图9所示，我们提供的色彩照度计包括一乳白余弦矫正器100（设置在上机壳10内），下放置隔热玻璃200，隔热玻璃200的作用是去除入射光线中的红外光和紫外光。隔热玻璃200安装到滤光片固定底座300上，滤光片固定底座300上以轴对称形式安装六个滤色:400：六个滤色片400分别对应XYZ三种滤色片。滤色片400下面固定光敏传感器500。光敏传感器500安装在相应的PCB600上，PCB600设置在机壳下盖20上。 
综上所述，本发明的色温照度计的有色玻璃匹配方法和系统，充分考虑了由于光线非垂直入射的情况，对有色玻璃设计的匹配模型进行了相关优化：对已有的有色玻璃在垂直入射条件下测得的光谱透过率曲线需要按照上式进行修正，得到该有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率曲线。再以此为基础进行有色玻璃的匹配。得到的匹配结果，在实际测试时测试结果和实际结果的匹配精度更高。 
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。  

Claims (5)

1.一种色温照度计的有色玻璃匹配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0 
Figure 596497DEST_PATH_IMAGE001
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
S2、计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 61107DEST_PATH_IMAGE001
；
S3、设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 106424DEST_PATH_IMAGE002
矩阵
Figure 501633DEST_PATH_IMAGE003
，且
Figure 112743DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，
Figure 467818DEST_PATH_IMAGE006
为该有色玻璃的厚度；
S4、用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一
Figure 666718DEST_PATH_IMAGE002
矩阵
Figure 883067DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 142010DEST_PATH_IMAGE008
 其中：
Figure 896339DEST_PATH_IMAGE009
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线；
 n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 633351DEST_PATH_IMAGE006
为该有色玻璃的厚度；
S5、对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
S6、所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选；
筛选的标准包括：光谱透过率的峰值大于30%即可。
2.根据权利要求1所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其特征在于，所述步骤S2中计算垂直光谱透过率Td
Figure 219053DEST_PATH_IMAGE001
是按照下式进行计算的：
Figure 648898DEST_PATH_IMAGE010
。
3.根据权利要求1所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其特征在于，所述步骤S4中，有色玻璃在漫入射情况下的光谱透过率可以用下式表示
Figure 624944DEST_PATH_IMAGE011
;
其中，
，
Figure 622167DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
R为有色玻璃的半径；
d为有色玻璃的厚度。
4.根据权利要求1所述的色温照度计的有色玻璃匹配方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
S51、计算两种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 957333DEST_PATH_IMAGE014
中 所有2个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S52、计算三种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 686255DEST_PATH_IMAGE014
中 所有3个不同材料有色玻璃片组成的组合滤色片的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差；
S53、计算四种不同有色玻璃组合的匹配方案；计算出矩阵
Figure 765069DEST_PATH_IMAGE014
中 所有4个不同材料有色玻璃片组成的组合的光谱透过率曲线、归一化后的光谱透过率曲线、并计算每个组合的f1匹配误差。
5.一种色温照度计的有色玻璃匹配系统，其特征在于，所述系统包括：
数据库模块，用于建立有色玻璃的数据库，所述数据库内包括：每一有色玻璃的光谱透过率T0
Figure 325364DEST_PATH_IMAGE001
，及所述有色玻璃的厚度d0； 
垂直透过率计算模块，用于计算出每种有色玻璃在不同厚度情况下的垂直光谱透过率Td
Figure 831431DEST_PATH_IMAGE001
；
垂直光谱透过率曲线模块，用于设定有色玻璃的数据库中有n种材料的有色玻璃，取每种有色玻璃最小厚度0.2mm，每种有色玻璃最大的厚度为4mm，计算其厚度每增加0.1mm后该种有色玻璃的光谱透过率，得到一
Figure 47649DEST_PATH_IMAGE002
矩阵
Figure 743204DEST_PATH_IMAGE003
，且
Figure 95688DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃的数据库中的编号，为该有色玻璃的厚度；
修正模块，用于用matlab软件计算出n种有色玻璃形状圆形的情况下，光线漫入射时，在39种不同厚度情况下的光谱透过率; 即一
Figure 959104DEST_PATH_IMAGE002
矩阵
Figure 431674DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 279544DEST_PATH_IMAGE008
 其中：
Figure 204775DEST_PATH_IMAGE009
为序号为n的有色玻璃厚度为d mm时在垂直入射测量条件下的光谱透过率曲线， n为该有色玻璃在有色玻璃库中的编号，
Figure 242132DEST_PATH_IMAGE006
为该有色玻璃的厚度；
匹配模块，用于对不同种类、不同厚度的有色玻璃，以穷举法进行组合计算其归一化后的光谱透过率，并计算其与目标光谱透过率之间的f1匹配误差；
筛选模块，用于所有组合按照f1匹配误差由小到大的顺序进行排序，对其进行筛选；
筛选的标准包括：光谱透过率的峰值大于30%即可。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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