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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