CN113454429A - 用于使用多个照明源的光谱内插的系统和方法 - Google Patents

Abstract

光学检测器（110）设置有具有不同光谱特性的多个光源（Lx），其跨照明强度组合的范围被控制开/关。测量传感器（213）接收经由受限光学通道从目标表面反射的辐射光，并生成代表性的输出信号。本地控制器（205）或远程计算设备（130）从光学检测器接收输出信号或对应的消息，并基于针对照明强度组合中的每一个的信号生成低分辨率光谱数据集合。低分辨率光谱数据集合基于机器学习算法进行内插，该机器学习算法利用来自参考设备的高分辨率数据进行训练以生成与目标表面相关联的高分辨率光谱数据集合。

Description

用于使用多个照明源的光谱内插的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及光谱测量系统和方法。更特别地，本公开涉及一种用于通过使用照明源的不同组合来增强给定测量系统（诸如例如颜色测量系统）的光谱分辨率的方法。

背景技术

光谱测量（例如颜色测量）对于许多行业是重要的，该行业包括家用消费产品、汽车以及需要便携性、准确性和有成本效益的解决方案的任何数量的其他示例。颜色（特别是目标对象的颜色）可以由“光谱反射率”表征，其可以借助于在连续光谱中的可见范围的程度内观察到的不同波长的比例的分布直接确定。不幸的是，许多传统的高分辨率光谱测量设备包括或实现复杂的光学系统，其使产品对于许多应用来说太庞大和昂贵。

相对便宜且便携的光谱测量设备可能是可用的，但是相关联的光学传感器的较低分辨率至少由于从其获得的光谱数据的不准确性而使这些选项成为不期望的。在比较这些类型的传感器测量颜色的方式的差异（或大体上比较两种颜色的差异）时，最典型地使用被称为ΔE的颜色差异标准。这是一种特殊形式的颜色空间“距离”，其已经被开发用来模拟人眼感知颜色差异的方式。从感测值转换以及使传感器读数和标准颜色值之间的ΔE最小化的过程是仪器校准和设置变得重要的地方，并且严重影响颜色测量工具的准确性。

关于基于三刺激传感器的色度计的一个已知问题是其缺乏分光光度计的特异性，这是由于少得多的光学光谱中的独立可测量参数（即，RGB色度计可能仅测量R、G和B，而分光光度计可以记录可见光谱内的高分辨率反射率曲线）。诸如光学器件、刺激源和检测器响应之类的固有的设计差异使色度计产生与分光光度计并且与其他色度计不同的结果。

由于上述特异性（和更高的感知准确性），分光光度计测量结果通常用作参考标准。有趣的是，任何两个分光光度计之间确实存在变化，并且普遍的实践是校准分光光度计以匹配给定参考分光光度计的读数。然后，该设备的经校准的准确性将基于其与参考设备的一致性。

更一般地，所有颜色测量设备基于其与某个参考设备的一致性来判断。因此，将期望提供一种系统和方法，其能够允许具有低光谱分辨率的较便宜的检测器来完成通常需要昂贵的高光谱分辨率检测器的准确测量。

发明内容

光学检测器通常具有其可以测量的有限数量的窄光谱带。跨给定光谱范围的带的总数限定了测量系统的光谱分辨率。如本文中公开的新颖系统和方法通过使用照明源的不同组合来增强给定测量系统的光谱分辨率。

在实施例中，如本文中公开的光学检测器包括具有不同光谱特性的多个光源。在一个非限制性示例中，多个光源至少包括具有6500K发光二极管（LED）的第一光源、具有2700K LED的第二光源以及具有在2700K和6500K之间的各自的光谱特性的LED的第三光源和第四光源。测量传感器接收由多个光源辐射并从目标表面反射的光，并且进一步生成表示来自目标表面的反射的光的输出信号。控制器跨多个照明强度控制多个光源组合被关闭或打开。控制器或通信地链接到光学检测器的外部计算设备基于来自传感器的对应于多个照明强度组合中的每一个的相应输出信号来生成低分辨率光谱数据集合。以编程方式内插低分辨率光谱数据集合以生成与目标表面相关联的高分辨率光谱数据集合。

在另一个实施例中，控制器和/或外部计算设备在功能上链接到数据存储设备，该数据存储设备包括对应于参考设备的存储的高分辨率光谱数据。

在另一个实施例中，控制器和/或外部计算设备被配置成基于感测到的低分辨率光谱数据集合来预测来自参考设备并对应于目标表面的高分辨率光谱数据集合。

在另一个实施例中，光学检测器包括具有外周边和面的外壳。多个光源驻留在外壳内并从面偏离以限定外壳的周边内的内部，其中该面被配置成围绕外壳的周边接合目标表面，使得环境光基本上被限制进入内部。当光学检测器的面接合目标表面时，传感器被布置为接收由多个光源辐射并从目标表面反射的光。

在另一个实施例中，多个光源和传感器安装在与外壳的面平行定向的基板上，并且光源围绕定位在传感器和外壳的面之间的传感器孔口周向设置。

在另一个实施例中，测量传感器被配置成接收从多个光源经由各自的受限光学通道投射并从目标表面反射的光，并且光学检测器还包括辅助传感器，其被配置成测量从多个光源中的一个或多个反射的光。

在另一个实施例中，控制器和/或外部计算设备被配置成将来自测量传感器的输出信号归一化为来自辅助传感器的输出值。

当结合附图阅读以下公开时，本公开的许多其他目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将是容易显而易见的。

附图说明

图1是表示如本文中公开的系统的实施例的总图。

图2是如本文中公开的光谱测量设备的实施例的前视图。

图3是图2中表示的设备的等比例视图。

图4是表示根据图2中的设备的辐射光和反射光的示例性通道的图。

图5是表示具有八个窄带通光学滤波器的示例性低分辨率八通道检测器的光谱检测器分辨率的图形波形图。

图6是表示示例性高分辨率三十一通道光谱仪的光谱检测器分辨率的图形波形图。

图7是表示示例性6500K LED光源的光谱分布的图形波形图。

图8是表示示例性2700K LED光源的光谱分布的图形波形图。

图9是表示根据如本文中公开的方法的实施例的示例性内插过程的框图。

图10是表示根据如本文中公开的方法的实施例的示例性算法训练过程的框图。

图11是表示低分辨率光谱反射率数据的示例性集合的图形波形图。

图12是表示相对于参考仪器数据的内插光谱反射率数据的示例性集合的图形波形图。

具体实施方式

总体上参考图1-12，现在可以更详细地描述根据本公开的光谱测量系统和方法。在各种附图可以描述与其他实施例共享各种共同元件和特征的实施例的情况下，类似的元件和特征被给予相同的参考标号并且在下面可以省略其冗余描述。

在如图1中所表示的实施例中，如所表示的光谱测量系统10可以包括但不限于测量设备110和计算机程序产品140。程序产品（例如，程序指令）通常可以驻留在测量设备外部或远离测量设备并且可从移动计算设备执行的用户计算设备130（例如，通常是诸如智能电话或平板计算机之类的移动计算设备，但也包括台式计算机等）的计算机可读介质上。如下面进一步描述的那样，程序指令可以从主机服务器（未示出）以其整体下载到用户计算设备，或者在各种实施例中，计算机程序产品可以是分布式程序，其包括一个或多个可从用户计算设备执行的程序模块和一个或多个可经由通信网络120从主机服务器执行的程序模块。处于当前公开的系统和方法的目的，用户计算设备可以包括可配置成执行程序模块的处理器144，并且可以进一步包括板载（onboard）数据存储装置142和/或在功能上链接到远程数据存储装置。

如本文中使用的关于在两个或更多个设备之间或以其他方式在与两个或更多个设备相关联的通信网络接口之间的数据通信的术语“通信网络”可以指代电信网络（无论是有线、无线、蜂窝等）、全球网络（诸如互联网、本地有线或无线网络、网络链路）、互联网服务提供商（ISP）以及中间通信接口、调制解调器等中的任何一个或任何两个或更多个的组合。

本公开的光谱测量系统100的计算机程序产品140可以包括驻留在计算设备130（诸如例如智能电话或平板计算机）中的非暂时性计算机可读介质142上的计算机指令。可替代地，计算机程序产品可以驻留在非暂时性计算机可读介质（诸如远离计算设备但通信地链接到计算设备的服务器系统（未示出））中，使得计算机程序产品的执行指导根据本公开的感测、存储和比较方法的执行，其中的至少一部分包括用于在计算设备的显示器上生成用户接口以及接收关于例如各种显示参数的用户输入的步骤。

接下来参考图2-4，如本文中公开的光谱测量设备110的实施例包括外壳201，该外壳201具有沿着外部部分的长度并且成形为限定内部部分的铝壳202。

在设备的第一端处，LED指示器环203围绕诸如按钮204之类的致动器设置。按钮可以被配置用于用户交互以例如打开和关闭设备和/或相关联的功能，其中可以根据按钮激活的特征选择性地打开和关闭LED指示器。LED指示器可以被调节以产生一种或多种颜色或照明强度，以与相同数量的设备状态、条件等对应。

在靠近第一端的内部中，具有设备逻辑的控制器可以安装在第一印刷电路板（PCB）205上。在所示实施例中提供第二PCB 208，其与第一PCB分离并与第一PCB平行设置，并且在第二PCB 208上安装了测量传感器213和一个或多个照明源Lx，诸如发光二极管（LED）的阵列。第二PCB可以包括与测量传感器结合的适当电路和/或程序，其对于控制增益、预定标器和积分时间而言是有效的，例如以便针对给定环境微调传感器。在一些实施例中，可以提供由橡胶或等效物制成的覆盖物（cover），连同1.00 mm至1.59 mm的孔口，该孔口被配置成进一步仅允许来自目标样本的反射光到达测量检测器。测量检测器通常具有相对低的分辨率，如下面更详细讨论的那样。诸如电池之类的电源206设置在第一PCB和第二PCB之间的腔体中，并且被配置成例如经由电引线或电线向其上的部件递送必要的功率。第二PCB也从部分由成形为接合目标表面的面限定的设备的第二端偏离。当面被设置为接合目标表面时，外壳因此可以有效限制（理想地防止）环境光，并且以其他方式使得仅从光源辐射并从感兴趣的目标表面反射回来的光能够被测量传感器接收。

在本示例中，多个LED（L1、L2、……Lx）围绕测量传感器213周向布置以通过受限光学通道210发出光并且以便反射离开由设备的第二端接合的目标表面。在实施例中，设备的第二端的面包括有效接合目标表面的薄的透明保护窗，并且受限光学通道期望地防止杂散光污染光检测和相关联的光谱反射率确定。白色反射器215可以沿着光学通道的侧面设置。反射光通过中心通道209被引导到测量传感器。在实施例中，限定的外围通道可以相对于设备的第二端的面的参考平面以一定角度（例如，45度）离开中心通道而延伸，并且中心通道相对于面的参考平面以九十度的角度延伸。

在如所示的实施例中，可以围绕设备外壳201的第二端设置防尘帽212，并且经由例如对应的磁性元件211连接到外壳。

在实施例中，可以在第二PCB 208上的光谱测量检测器213的侧面设置参考检测器216。测量检测器测量已经从目标测量表面反射的光。相比之下，参考检测器测量来自一个或多个LED的反射光，以计及由于温度的改变而引起的光源的光谱改变。来自测量检测器的所有测量结果可以相应地由控制器（或由被配置成分析来自设备的光谱测量数据的远程处理单元）归一化为从参考检测器获得的值。

一般而言，已知光谱发射率关系表征目标表面在各种波长上的反射率。如本文中所指的光谱分辨率描述了测量检测器限定波长间隔的能力，其中较高分辨率测量检测器自然可以为任何一个特定通道产生较窄的波长范围。另有说明，具有特定波长范围的测量检测器将具有基于其光谱分辨率的最大可允许数量的各个波长，其中较高分辨率设备允许有较大数量的各个波长/通道。如本文中公开的示例性系统中使用的测量检测器213可以是例如具有八个窄带通光学滤波器的八通道检测器，其具有如在图5的滤波器透射率中所图示的相对低的光谱分辨率。如前所述，跨给定光谱范围的带的总数量限定了测量系统的光谱分辨率。因此，这种类型的检测器显然不如例如具有如在图6的滤波器透射率中所图示的光谱分辨率的高分辨率三十一通道光谱仪有效。如本文中公开的系统和方法可以通过使用照明源的不同组合来增强测量检测器的在其他方面受限的光谱分辨率。

在特定实施例中，光源由多个光谱上不同但稳定的照明源（L1、L2、……Lx）组成。例如，第一照明源L1可以是具有如图7中所图示的光谱分布的6500K LED，其中相对发射强度在光谱上的较低波长处较高并且在较高波长处逐渐下降。阵列Lx中的第二照明源L2可以是具有如图8中所图示的光谱分布的2700K LED，其中相对发射强度在逐渐更高的波长处增加直到在大约630 nm处达到顶峰。可以提供具有不同光谱分布的附加照明源，例如在上述2700K和6500K特性之间。

在激活光谱测量序列时，控制器可递送控制信号以根据照明强度的各种预定组合驱动相应的LED（L1、L2、……Lx）。由于LED可以具有对应于驱动通过LED的电流的照明强度，因此控制信号可具有以本领域已知的方式调节来自DC电源的输出电流的效果，其中最大输出电流例如对应于100%的照明强度，以及多个较小的输出电流值可以对应于相似的多个照明强度。对于照明强度的每个组合，测量检测器213捕获对应的读数并且使其被记录。

接下来参考图9，组合的示例性集合可以包括第一光谱分布阶段，其中第一光源L1被控制为100％的照明强度并且第二光源L2被控制为0％。在第二光谱分布阶段中，第一光源被控制为70%照明强度并且第二光源被控制为30%。在第三光谱分布阶段中，第一光源被控制为30%照明强度并且第二光源被控制为70%。在第四光谱分布阶段中，第一光源被控制为0%照明强度并且第二光源被控制为100%。这些阶段当然仅是示例性的，因为替代组合以及包括多于两个光源的变化的光谱分布组合也在本公开的范围内。对于两个（或更多个）光源的照明强度的各自不同比率，生成归一化的低分辨率光谱数据集合。然后使用例如机器学习技术对各种低分辨率光谱数据集合进行内插，以提供作为结果的高分辨率光谱数据集合。

在涉及颜色测量的特定实施例中，可以提供与一个或多个数据批次相关联的匹配表。匹配表可以包括数据对应信息，诸如颜色空间或参考数据之间的转换或映射信息。每个批次可以包括至少一个具有单独传感器校准的颜色感测设备，并且可以例如被配置成根据相关联的ΔE值对多个颜色感测设备进行分组。如前所述，ΔE值是一种颜色差异标准，其传统上是指与由人眼观看时所感知的颜色差异相关的颜色空间“距离”。每个批次可以与绝对调整相关联，该绝对调整用于通过在设备之间建立关系来将颜色感测设备与指定的参考设备对齐。这种关系可以被建模为数学函数，其中输入是要对齐的设备的未调整的颜色读数，以及输出是与存储在匹配表中的数据对应的参考设备的颜色读数。该数学函数可对应于以下等式：

由于该函数潜在的复杂性，可能难以通过纯数学技术找到该函数。可以通过将问题重构为监督学习问题来克服这个困难，为此可以使用函数逼近算法。

如本领域中所理解的那样，监督学习是机器学习的分支，其中学习算法被呈现输入和对应的正确输出的集合。然后，该算法可以“学习”这些输入和输出之间的关系，并产生模型，该模型可用于基于其已经训练学习的数据来预测未来的未知数据。因此，在各种实施例中，本文中提出的策略可以涉及针对特别公式化的（formulated）光谱数据系数的集合获得未调整的光谱数据和参考设备数据。然后可以使用该数据创建供通常将“原始的”低分辨率数据集合转换为“经调整的”高分辨率数据使用的模型。

在实施例中，内插过程可以通过经训练的人工神经网络（ANN）来促进。ANN是一种机器学习方法，其能够估计训练集合中存在的非常复杂的函数。在一个实施例中可以通过使用标准梯度下降反向传播算法来训练ANN。如图10中所图示的那样，使用一组训练样本来“训练”测量系统，该训练样本具有如由高分辨率参考仪器测量的已知光谱数据。从相对低分辨率测量设备收集大样本集合，从而产生扫描集合样本1、样本2、样本3和样本4。原始数据的每个集合被归一化以产生低分辨率光谱数据集合。然后可以应用机器学习算法来基于特定训练样本训练ANN，以预测对应于从测量系统生成的原始数据的来自参考设备（即来自测量设备和/或任何适当对齐的或分组的设备）的高分辨率输出。在实施例中，特定进行训练以识别对于相对于对应的高分辨率光谱数据的光谱数据的给定原始样本产生最小可能误差的系数。现在可以使用如本文中公开的测量系统来实现该ANN，以根据新的或随后的原始数据预测高分辨率光谱数据。

参考图11，第一示例数据集合表示针对多个照明强度组合中的每一个如以其原始形式捕获的低分辨率光谱反射率数据。接下来参考图12，以相对于参考仪器数据的内插形式表示相同的光谱反射率数据，其中任何一个给定的光谱数据集合可以可靠地对应于预测的高分辨率值。因此，甚至可以实现具有低光谱分辨率的相对便宜的检测器来完成通常需要昂贵得多的高光谱分辨率检测器的准确测量。

在实施例中，再次参考颜色测量示例，原始扫描和参考扫描的监督训练集合可以存储在数据库中。当未调整的颜色读数需要对齐时，K最近邻（KNN）算法可以在数据库中搜索与未调整的读数最近的K个扫描。KNN算法然后可以返回K个对应参考扫描的加权均值。KNN算法的结果对于指定颜色集合内或附近的颜色是非常准确的。

在实施例中，系统可以包括补充测量表面调整。例如，测量设备利用已知光源照亮测量表面并捕获反射离开表面的该光的部分。这种光的反射可以部分地基于基板的表面纹理和半透明度而变化。非常可能的是，期望的参考设备可以与未对齐的测量设备不同地从粗糙表面纹理捕获光。对于带有细微纹理的表面，这些影响可能最小，但一些材料（如砖块或地毯）可能是如此多孔的，以至于其将极大地影响反射光的响应。为了针对给定的表面纹理与参考设备准确对齐，可以在绝对调整后连续使用补充调整。这允许绝对调整以进行将光谱数据测量设备与期望参考设备对齐所需的修改，以及允许补充调整以处理可能由于表面纹理而发生的任何种类的偏移。

除了针对表面纹理的补充调整之外，在一个示例性实施例中还有可能避免任何真正的对齐，并为给定的光谱数据集合建立未调整的测量值的数据库。然后，这可用于简单地将未知扫描“匹配”到数据库中最接近的已知光谱数据集合。

示例性系统可以包括参考库，其中一旦已经应用了批次特定的绝对调整和补充调整技术，所有测量设备就可以彼此对齐并且与参考设备对齐。因此，测量设备将能够提供参考对齐的读数，并且单个参考库将为测量设备的每个批次工作。值得注意的是，如上所述，参考设备不限于特定的设备，而是任何合适的高分辨率设备可以被定义为根据本公开的参考设备。

一旦已经获得了为单个光谱测量设备建立对齐模型所需的所有数据，测量设备本身必须能够访问所述数据。数据可以存储在测量设备上的直接存储器中。然而，一个问题将是是否可以创建新的对齐方法，其导致测量设备变得过时。更新各个设备以利用新的对齐方法进行工作将是非常低效的。

如上所述，对此的一个解决方案是实现一实施例，该实施例被配置成在云数据库中存储、维护和更新该数据，该云数据库可以例如经由互联网连接的客户端设备由测量设备访问。根据该示例性实施例的数据库可以以两种主要方式利用，每种方式自然需要某个级别的互联网连接性以访问云数据库。目前，蓝牙无线电技术可以准许设备与一个或多个互联网连接的客户端设备对接，该客户端设备可以被配置成充当云客户端。可替代地，测量设备可以包括板载互联网连接性，其准许测量设备充当其自己的云客户端。可替代地，或结合这些示例性实施例，测量设备可以包括板载互联网连接性，其准许测量设备连接到用作云客户端或云服务的外部设备。

云客户端可以以多种方式与云服务交互。在一个实施例中，云客户端可以连接到云服务。测量设备可以连接到将充当云客户端的互联网使能设备。测量设备可以经由云客户端将其唯一ID中继到云服务。云服务可以利用对于测量设备唯一的对齐数据进行响应。该信息可以存储在互联网使能设备中，其中软件应用可以执行处理以利用对齐数据并处理参考的对齐光谱数据测量。可替代地，该信息可被传输到测量设备，该测量设备可执行处理以利用对齐数据和参考的对齐光谱数据测量。

在一个实施例中，与云服务交互并将数据存储在客户端互联网使能设备上的上述软件应用可以被封装为软件应用编程接口（API），并且可以使其可用于由应用和软件开发者使用。如果开发了新的对齐方法或向云数据库添加了更多参考库，则云服务可以准许客户端应用中存储的信息的无缝更新，并且API可以在互联网连接时或在存在互联网连接性时自动检测和/或请求更新。这允许设备在其寿命内变得“更智能”而没有对于召回或繁琐的设备固件更新的需要。

在另一实施例中，对齐操作的全部或部分可由云服务执行。不同于依赖于云客户端来执行对齐计算，其可以简单地将原始传感器读数和唯一的设备ID中继到云服务，并允许在云中远程执行任何或所有调整。尽管这需要互联网连接性来接收经调整的扫描，但是出于多种原因（例如，连接性、可分发性等），该实施例可能是期望的。

在一个实施例中，其测量设备的各种功能性可能受到限制（例如，出于安全目的）。在一种设置中，可以在单个时间记录许多原始传感器读数，然后可以接收同时通过许多对齐方法调整它们的请求，可以根据任何未来的对齐方法来执行对齐方法。允许由云服务执行所有计算可能需要互联网连接性，但从最终用户的角度来看，也添加了许多自由。

如本文中公开的基于云的方法可以包括例如通过光谱数据测量设备向（一个或多个）客户端设备提供传感器ID。如上所述，客户端设备可以包括互联网连接的设备、测量设备等，或者可以是与测量设备通信的独立的设备。客户端设备可以例如从云服务请求校准数据。响应数据和/或匹配数据可以返回到客户端设备。客户端设备可以执行对应于响应数据和/或匹配数据的调整操作。

可替代地，对齐可以基本上由云服务执行。测量设备将原始传感器读数和传感器ID发送到客户端设备，该客户端设备将原始传感器数据和传感器ID连同调整类型一起发送到云服务。云服务然后可以执行与原始传感器读数、传感器ID和/或调整类型对应的操作。对齐的光谱数据和/或匹配数据可以返回到客户端设备。

光学检测器设置有多个具有不同光谱特性的光源，所述光源跨照明强度组合的范围被控制开/关。测量传感器经由受限的光学通道接收从目标表面反射的辐射光，并生成代表性的输出信号。本地控制器或远程计算设备从光学检测器接收输出信号或对应消息，并基于针对照明强度组合中的每一个的信号生成低分辨率光谱数据集合。低分辨率光谱数据集合基于机器学习算法进行内插，该机器学习算法利用来自参考设备的高分辨率数据进行训练以生成与目标表面相关联的高分辨率光谱数据集合。在实施例中，辅助传感器测量从一个或多个光源反射的光，其中来自测量传感器的输出信号被归一化为来自辅助传感器的输出值。

在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有指示，否则以下术语至少采取本文中明确相关联的含义。下面标识的含义不一定限制术语，而仅提供术语的说明性示例。“一”、“一个”和“所述”的含义可以包括复数引用，以及“在……中”的含义可以包括“在……中”和“在……上”。如本文中使用的短语“在一个实施例中”不一定指代相同的实施例，尽管其可以指代相同的实施例。

取决于实施例，本文中描述的任何算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以添加、合并或完全省略（例如，并非所有描述的动作或事件对于算法的实践都是必要的）。此外，在某些实施例中，动作或事件可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器核或在其他并行架构上同时执行，而不是顺序执行。

结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性部件、块、模块和步骤已经在上面大体上在其功能性方面进行了描述。这种功能性是作为硬件还是软件来实现取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。所描述的功能性可以针对每个特定应用以不同的方式实现，但是这种实现方式决策不应被解释为导致偏离本公开的范围。在各种实施例中，软件可以由处理器执行以使得处理器执行操作。这些操作可以对应于附图中图示的和本文中描述的算法和/或流程图。

结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块和模块可以由机器实现或执行，所述机器诸如通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑设备、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件或其任何组合，其被设计为执行本文中描述的功能。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法、过程或算法的步骤可以直接体现在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或者两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的计算机可读介质中。示例性计算机可读介质可以耦合到处理器，使得处理器可以从存储器/存储介质读取信息以及向存储器/存储介质写入信息。在替代方案中，介质可以集成到处理器。处理器和介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和介质可以作为分立的部件驻留在用户终端中。

除非另有特别说明或在如使用的上下文内以其他方式理解，否则本文中使用的条件语言（诸如除了其他之外的“能够”、“可能”、“可以”、“例如”等）通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言通常并不旨在暗示特征、元件和/或状态对于一个或多个实施例以任何方式是必需的，或者一个或多个实施例必要地包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否被包括在任何特定实施例中或要在任何特定实施例中执行的逻辑。

出于说明和描述的目的已经提供了先前的详细描述。因此，尽管已经描述了本文中阐述的各种示例性实施例，但除如以下权利要求书中所阐述的那样之外，并不旨在将这些引用解释为对本发明范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于基于低分辨率光谱数据为目标表面生成高分辨率光谱数据的系统（10），所述系统包括：

光学检测器（110），所述光学检测器（110）还包括：

多个光源（Lx），其具有不同光谱特性，

传感器（213），其布置为接收由所述多个光源辐射并从目标表面反射的光，所述传感器还被配置成生成表示来自所述目标表面的反射光的输出信号；

控制器（205），其被配置成跨多个照明强度组合控制所述多个光源被关闭或打开；

其中所述控制器和/或通信地链接以接收对应于来自所述光学检测器的所述输出信号的消息的计算设备（130）还被配置成：

基于来自对应于所述多个照明强度组合中的每一个的所述传感器的相应输出信号来生成低分辨率光谱数据集合，以及

以编程方式内插所述低分辨率光谱数据集合以生成与所述目标表面相关联的高分辨率光谱数据集合。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

还包括数据存储设备，其包括对应于参考设备的存储的高分辨率光谱数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述控制器被配置成基于感测到的低分辨率光谱数据集合来预测来自所述参考设备并对应于所述目标表面的高分辨率光谱数据集合。

4.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述计算设备被配置成基于感测到的低分辨率光谱数据集合来预测来自所述参考设备并对应于所述目标表面的高分辨率光谱数据集合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中：

所述多个光源至少包括具有6500K发光二极管（LED）的第一光源和具有2700K LED的第二光源。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：

所述多个光源包括具有LED的第三光源和第四光源，所述LED具有在2700K和6500K之间的各自的光谱特性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中所述光学检测器包括：

具有外周边和面的外壳（201），

所述多个光源驻留在所述外壳内并从所述面偏离以限定所述外壳的所述周边内的内部，所述面被配置成围绕所述外壳的所述周边接合目标表面，其中环境光基本上被限制进入所述内部，以及

当所述光学检测器的所述面接合所述目标表面时，所述传感器被布置为接收由所述多个光源辐射并从所述目标表面反射的光。

8.根据权利要求7所述的系统，其中：

所述多个光源和所述传感器安装在与所述外壳的所述面平行定向的基板上，以及

所述光源围绕定位在所述传感器和所述外壳的所述面之间的传感器孔口周向设置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中：

所述控制器驻留在所述光学检测器的所述外壳内。

10.根据权利要求8所述的系统，其中：

所述光学检测器被配置成将所述输出信号传输到包括所述控制器的远程计算设备。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其中：

所述传感器是第一测量传感器，其被配置成接收从所述多个光源经由各自的受限光学通道（210）投射并从所述目标表面反射的光。

12.根据权利要求11所述的系统，其中：

分别对应于多个光通道的所述受限光学通道（210）在所述多个光源与所述目标表面之间以一定角度延伸，以及

所述第一测量传感器经由相对于外壳面的参考平面横向定向的中心通道（209）接收从所述目标表面反射的所述光。

13.根据权利要求12所述的系统，其中分别对应于所述多个光通道的所述受限光学通道相对于所述外壳面的所述参考平面以大约45度的角度延伸。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的系统，其中：

限定的内部包括相对于所述外壳面的参考平面横向定向的一个或多个反射表面，以及

所述光学检测器还包括辅助传感器（216），其被配置成测量经由所述一个或多个反射表面从所述多个光源中的一个或多个反射的光。

15.根据权利要求14所述的系统，其中：

所述控制器和/或所述计算设备被配置成将来自所述第一测量传感器的所述输出信号归一化为来自所述辅助传感器的输出值。

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