CN105606216A - 一种光谱反射率测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光谱反射率检测装置及方法,其装置包括照明模块、成像模块和控制及数据处理模块。照明模块由多种单色LED光源及相应的恒流驱动电路组成,以不同主波长的LED光源分别照明目标物体;成像模块接收不同单色LED光源照射下目标物体的反射光线并成像;控制及数据处理模块的控制照明模块和成像模块的动作,处理获得的图像信息并计算目标物体的反射光谱特征。本发明无需对目标物体图像所有像素点进行光谱测量扫描,以较为简便实用的方法得到目标物体表面每一点的光谱反射率,实现了传统光谱仪器无法实现的功能。
Description
技术领域
本发明属于光谱测量领域,特别涉及一种光谱反射率测量装置及方法。
背景技术
传统的光谱仪一般通过棱镜、光栅等分光器件对入射光进行分光,并通过光电倍增管等检测器件测量不同波长光谱的能量分布。这种光谱仪一方面体积较大,价格昂贵;另一方面,只能测量一个点的光谱数据,而无法获得某个物体表面或物体图像每个点的光谱反射率数据,灵活性欠佳。
LED作为半导体光源,一个重要特点就是其较窄的光谱宽度。这个特点也为其被应用于单色光的照明、测量等领域提供了有利的支撑。
发明内容
本发明的目的在于提出一种光谱反射率检测装置。
本发明提出的一种光谱反射率检测装置,包括照明模块、成像模块及数据处理模块,照明模块用以照明目标物体,成像模块接收目标物体的反射光线并成像,控制及数据处理模块控制照明模块的照明;处理获得的图像信息并计算目标物体的光谱特征;其中:照明模块由N路独立的恒流驱动及控制电路与单色LED阵列串联组成,每一路的恒流驱动及控制电路5将每路的单色LED阵列控制在700mA恒流输出模式;成像模块包括面阵CCD及透镜组。透镜组的进光口对准目标物体,出光口对准面阵CCD,通过透镜组收集照明目标物体的反射光线,并成像于面阵CCD上;控制及数据处理模块以MCU为核心,MCU连接照明模块的每一路恒流驱动及控制电路,从而控制单色LED阵列的开通或关闭;MCU通过与面阵CCD相通讯,获取目标物体在特定LED光源照射下的成像信息,CU将获得的成像信息通过计算,得出目标物体图像每个像素点的相对光谱能量分布信息,存储在外部的Flash存储器上,并通过人机界面接口传输或显示给用户。
本发明中,所述单色LED阵列为峰值波长不同的多种单色LED光源,LED峰值波长种类N>2。
本发明中,所述单色LED光源的中心波长范围为200nm~1000nm。
本发明中,所述单色LED光源的光谱半波全宽小于40nm。
本发明中,所述恒流驱动及控制电路可独立进行PWM调光或模拟调光。
本发明提出的一种光反射率检测装置的检测方法,具体步骤如下:
(1)照明模块中的每一路恒流驱动及控制电路单独驱动一种单色LED阵列对目标物体进行照明,并通过成像模块透镜组收集照明目标物体的反射光线,并成像于面阵CCD上,以此获得目标物体在该种单色LED阵列照射下的成像信息;
(2)对照明模块中每一路单色LED阵列重复步骤(1)的过程,依次独立驱动N种不同的单色LED阵列,获得目标物体的N个不同的成像信息,从而获得面阵CCD上每个像素点的N个不同的成像下的光强信息;
通过比较,可得每个像素点在不同光谱下的能量灰度值,从而获得目标物体每个像素点的光谱反射率。
本发明的有益效果在于:本发明提出的光谱反射率测量装置及方法,利用多种单色LED光源对目标物体分别进行照明,并通过面阵CCD对目标物体在不同光源照明下的成像进行记录,从而得到目标物体表面每一点的光谱反射率。本发明无需对目标物体图像所有像素点进行光谱测量扫描,以较为简便实用的方法实现了传统光谱仪器无法实现的功能。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明实施例的装置原理框图。
图3为本发明实施例的光谱反射率测量流程图。
图中标号:1为照明模块,2为成像模块,3为控制及数据处理模块,4为目标物体,5为恒流驱动及控制电路,6为单色LED阵列,7为MCU,8为存储器,9为面阵CCD,10为透镜组。
具体实施方式
本发明的一种实施方式如图2所示。
实施例1:照明模块1由N路独立的恒流驱动及控制电路5与单色LED阵列6组成。以20nm为间隔,选取主波长从380nm至780nm的单色LED光源,共21种,即N=21。通过开关型恒流驱动及控制电路5将每路单色LED阵列6控制在700mA恒流输出模式。
成像模块2包括面阵CCD9及透镜组10。透镜组10用以将目标物体4成像在面阵CCD9上。
控制及数据处理模块3以MCU7为核心。一方面,MCU7连接照明模块1的每一路恒流驱动及控制电路5,从而控制特定单色LED阵列6的开通或关闭;另一方面,MCU7通过与面阵CCD9相通讯,获取目标物体4在特定LED光源照射下的成像信息。MCU将获得的成像信息通过计算,得出目标物体4图像每个像素点的相对光谱能量分布信息,存储在外部的Flash存储器上,并通过人机界面接口传输或显示给用户。
本发明中,实施例的光谱反射率测量流程如图3所示。具体流程如下:(1)测试开始时,MCU7中计数器置1,控制照明模块1中第1路单色LED光源开启,其余LED关闭;(2)由面阵CCD9记录当前波长单色LED照射下目标物体的成像信息,即CCD上每个像素点对应的光线强度,计数器增加1;(3)重复(2)中描述的过程直到完成第21路LED照射下图像的记录,获得每个像素点在21种LED光源下不同的光线强度信息,从而获得每个像素点的相对光谱能量分布。
Claims (6)
1.一种光谱反射率检测装置,其特征在于,包括照明模块、成像模块及数据处理模块,照明模块用以照明目标物体,成像模块接收目标物体的反射光线并成像,控制及数据处理模块控制照明模块的照明;处理获得的图像信息并计算目标物体的光谱特征;其中:照明模块由N路独立的恒流驱动及控制电路与单色LED阵列串联组成,每一路的恒流驱动及控制电路5将每路的单色LED阵列控制在700mA恒流输出模式;成像模块包括面阵CCD及透镜组;透镜组的进光口对准目标物体,出光口对准面阵CCD,通过透镜组收集照明目标物体的反射光线,并成像于面阵CCD上;控制及数据处理模块以MCU为核心,MCU连接照明模块的每一路恒流驱动及控制电路,从而控制单色LED阵列的开通或关闭;MCU通过与面阵CCD相通讯,获取目标物体在特定LED光源照射下的成像信息,CU将获得的成像信息通过计算,得出目标物体图像每个像素点的相对光谱能量分布信息,存储在外部的Flash存储器上,并通过人机界面接口传输或显示给用户。
2.根据权利要求1所述的光谱反射率检测装置,其特征在于,所述单色LED阵列为峰值波长不同的多种单色LED光源,LED峰值波长种类N>2。
3.根据权利要求2所述的光谱反射率检测装置,其特征在于,所述单色LED光源的中心波长范围为200nm~1000nm。
4.根据权利要求2所述的光谱反射率检测装置,其特征在于,所述单色LED光源的光谱半波全宽小于40nm。
5.根据权利要求1所述的光谱反射率检测装置,其特征在于,所述恒流驱动及控制电路可独立进行PWM调光或模拟调光。
6.一种如权利要求1所述的光反射率检测装置的检测方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)照明模块中的每一路恒流驱动及控制电路单独驱动一种单色LED阵列对目标物体进行照明,并通过成像模块透镜组收集照明目标物体的反射光线,并成像于面阵CCD上,以此获得目标物体在该种单色LED阵列照射下的成像信息;
(2)对照明模块中每一路单色LED阵列重复步骤(1)的过程,依次独立驱动N种不同的单色LED阵列,获得目标物体的N个不同的成像信息,从而获得面阵CCD上每个像素点的N个不同的成像下的光强信息;
通过比较,可得每个像素点在不同光谱下的能量灰度值,从而获得目标物体每个像素点的光谱反射率。
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