CN116879233A - 一种基于智能手机的多光谱成像装置及校准检测方法 - Google Patents

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郭自泉
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Abstract

一种基于智能手机的多光谱成像装置及校准检测方法，涉及光谱成像和光谱检测。智能手机、滤光片轮、控制模块和电源都设于外壳内，滤光片轮固定在智能手机摄像头前；智能手机通过手机端APP与滤光片轮的控制模块进行无线蓝牙通信，与控制模块连接成功后，手机端APP对控制模块发送舵机的位置指令控制舵机的转动，进而控制固定在舵机上的滤光片轮的转动，将对应的滤光片准确转动到手机摄像头的位置，智能手机的摄像头拍摄待测物图片，完成多光谱成像并保存多光谱图片。检测自发光光源时，调用校准文件实现多光谱成像数据的实时准确采集和分析，有效检测出发光光源的光谱，根据光谱进行二维光学特性检测分析。

Description

一种基于智能手机的多光谱成像装置及校准检测方法
技术领域
本发明属于光谱成像和光谱检测技术领域，尤其是涉及一种基于智能手机的多光谱成像装置及其光谱辐亮度校准检测方法。
背景技术
多光谱成像技术将光谱分析和图像处理技术相结合，能够实现获取所观测目标的二维空间信息的同时获得观测目标不同像素点的光谱信息。多光谱成像技术在军事方面如导弹预警、海洋监测、军事测绘、气象探测等方面已大量运用，在地质资源勘测、农林、海洋、医疗、环境监测、食品检测等领域也获得广泛应用。在半导体照明与显示领域的材料和器件检测分析如半导体材料分析、LED器件的检测、显示屏检测也发挥着重要的作用。然而，传统的大型光谱仪通常属于精密光学仪器，都是采用成像、分光、探测器收集等，导致仪器体积重量庞大而不便携，而且价格高，一般适用于实验室研究，无法满足人们对户外，实时、现场目标样品检测的需求。
借助智能手机的普及以及互联网技术进步，现在人们可以利用智能手机作为智能数据终端，将其与便携式光谱检测设备相连接，实现实时、便捷的光谱分析。这种便携式光谱检测技术不仅能够满足人们对快速、即时的样品检测需求，还能够提供与传统大型光谱仪相媲美的精确度和可靠性。通过在智能手机上安装相应的应用程序，用户可以轻松地进行光谱数据的采集、分析和解释，从而更广泛应用于农业、食品安全、环境监测等领域。
综上所述，便携式光谱检测技术应运而生，为人们提供更加便捷、实时的光谱分析手段，推动光谱技术的创新和广泛应用。便携光谱设备有各种类型和应用，有一种基于阳光的手持智能手机光谱仪，该设备首先收集阳光穿过样本，然后透射的光照射在光栅上，生成最终由智能手机单色相机记录的光谱。所有光学元件都与智能手机组装在一起，集成一个手持设备，用于自动光谱校准、检测、分析和显示(D.Jian,B.Wang,H.Huang,X.Meng,C.Liu,L.Xue,F.Liu,S.Wang,Sunlight based handheld smartphone spectrometer,Biosensorsand Bioelectronics.143(2019)111632)。M.Kim设计一种连接到智能手机用于头皮脂溢性皮炎自我诊断的新型手持多光谱成像系统，这个系统包括一个500万像素的CMOS相机和一个具有连续中心波长和窄带宽的带通滤光器的LED模块。(M.Kim,S.Kim,M.Hwang,J.Kim,M.Je,J.E.Jang,D.H.Lee,J.Y.Hwang,Multispectral imaging based on aSmartphonewith an external CMOS camera for detection of seborrheic dermatitis on thescalp,in:D.L.Farkas,D.V.Nicolau,R.C.Leif(Eds.),San Francisco,California,United States,2017:p.100681S.)。卞殷旭等人的发明专利“便携式智能多光谱成像检测装置及方法(申请号：201510223486.X)”设计的多光谱成像检测装置由滤光单元、摄像单元、数据收发模块及LED阵列组成的主动照明模块，实现对多种植物的反射透射检测。但是，上述技术均未涉及对自发光光源的多光谱成像及检测方法。为弥补这一技术空缺，本发明利用智能手机实现发光光源的二维光谱采集，并进一步实现光谱辐亮度校准及二维光学特性检测(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于智能手机的便携多光谱成像装置。利用智能手机，设计基于滤光片轮组件的蓝牙控制旋转式多光谱成像装置，辅以手机端APP控制，获取自发光光源的多光谱，并对其进行光学特性分析，也可以获取物品的反射和或透射光对物品进行检测分析。
本发明的另一目的在于提供一种基于智能手机的便携多光谱成像装置的光谱辐亮度校准方法。在光谱检测过程中需要对所获得的原始光谱数据进行校准，本发明提出利用光谱辐亮度计获取标准光源的光谱辐亮度，然后用装置检测标准光源在各波长处的平均灰度值，提出相应的校准公式，生成并存储校准文件，利用手机端APP完成校准。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于智能手机的便携多光谱成像装置，包括智能手机、滤光片轮、控制模块、可充电移动电源和外壳；
所述智能手机、滤光片轮、控制模块和电源都设于外壳内，滤光片轮设置在外壳内的上方，固定在智能手机摄像头前；控制模块和电源固定在外壳内的下方，智能手机固定在外壳的卡槽内；可充电移动电源用于给控制模块供电；智能手机通过手机端APP与滤光片轮的控制模块进行无线通信，与控制模块中的低功耗蓝牙设备连接并发送舵机握手指令，与控制模块连接成功后，手机端APP对控制模块发送舵机的位置指令来控制舵机的转动，进而控制固定在舵机上的滤光片轮的转动，将对应的滤光片准确转动到手机摄像头的位置，智能手机的摄像头拍摄待测物图片，完成多光谱成像并保存多光谱图片。
所述滤光片轮的壳体可由3D打印制作完成，内置多个圆形窄带滤光片，带宽10～15nm,中心波长在可见光内，分别为λ1，λ2……λm，m数量可根据精度要求选择。
所述控制模块由低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机组成，所述低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机依次连接，智能手机通过手机端APP和控制模块无线通信，与控制模块中的低功耗蓝牙设备连接并发送舵机握手指令，与控制模块连接成功后，手机端APP发送舵机的位置指令通过低功耗蓝牙模块和舵机调试板控制舵机转动到指定位置。
本发明还提供一种基于智能手机的便携多光谱成像装置的光谱辐亮度校准方法，包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：使用螺丝将滤光片轮固定在控制模块的舵机上，使用螺丝将滤光片轮、控制模块和电源都固定封装在设计的外壳内，可充电移动电源用于控制模块供电，将手机放置在外壳前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片；
步骤二、拍摄标准光源多光谱图片：打开手机端APP，连接设备，与控制模块连接成功后，将此装置对准标准光源出光口，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到智能手机的摄像头位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存；智能手机在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变；
步骤三、图像处理：通过手机端APP，选择相册同组内的各对应中心波长的标准光源的多光谱图片，获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值；
步骤四、载入标准光源的光谱辐亮度曲线S(λ)，根据式(1)计算各滤光片对应的校准文件K(λ)；
其中，T(λ)为滤光片的透过率，Δλ为带宽，λ为中心波长，Δλ'为透过率曲线的半宽，A0为图片平均灰度值，t0为曝光时间；
步骤五、将校准文件保存到手机端APP，校准完成。
一种基于智能手机的便携多光谱成像装置及光谱辐亮度检测方法，包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：使用螺丝将滤光片轮固定在控制模块的舵机上，然后使用螺丝将滤光片轮、控制模块和电源都固定封装在设计的外壳内，可充电移动电源给控制模块供电，将手机放置在外壳前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片；
步骤二、拍摄发光物体多光谱图片：打开手机端APP，连接设备，与控制模块连接成功后，将此装置对准待测物，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到智能手机的摄像头位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存；智能手机在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变；
步骤三、多光谱图像与光谱曲线处理：打开手机端APP进行图片处理，选择相册同组内的各对应中心波长的待测物的多光谱图片，获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值；调取多光谱图片对应的校准文件，根据公式(2)～(4)计算校准后的光谱辐亮度和亮度值，在手机端APP显示出光谱曲线；
滤光片对应的平均透过率设为：
在检测过程中，待测样品通过该滤光片的图片平均灰度值为A，曝光时间为t，根据式(1)和式(2)可以得到校准后的对应滤光片的光谱辐亮度为LS(λ)：
则对应的光谱亮度为：
L(λ)＝683*LS(λ)*V(λ) (4)
其中，V(λ)为光谱光视效率函数。
步骤四、二维光学特性分析：根据上述光谱曲线计算光学特性(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)。可进一步显示二维光学特性分布图。
检测自发光光源时，调用校准文件实现多光谱成像数据的实时准确采集和分析，既可以有效的检测出发光光源的光谱，如LED和显示屏，进一步根据光谱进行二维光学特性检测分析(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)。检测不发光样品时，可以通过获取物品表面反射、透射光谱，从而实现对食品质量，溶液浓度，皮肤问题等进行分析。
相对于现有技术，本发明取得的有益效果主要有：
1、本发明的多光谱成像装置作为智能手机的光学附件，可以便携、实时和准确地实现对自发光和不发光待测物的多光谱成像。
2、本发明基于滤光片的多光谱辐亮度校准方法，使智能手机成为通用多光谱成像仪，方便准确测试发光物体二维辐亮度、亮度及光学特性分布。
3、本发明通用性广，既可以测量发光物体的光谱，也可以测量反射谱、透射谱，代替通用光谱仪。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的滤光片轮的旋转轮盘整体设计图。其中，(a)为放置滤光片的旋转轮盘；(b)为盖子，用于固定旋转轮盘中的滤光片。
图3是本发明的手机端APP与控制模块连接示意图。
图4是本发明检测主要流程图。
图5是实施例中显示屏显示绿光时由光谱辐亮度计测试的光谱。
图6是实施例中显示屏显示绿光时由手机端APP检测的光谱辐亮度曲线。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。本实施例中采用卤钨灯作为标准光源对本发明装置进行发光强度校准，检测时使用便携式显示屏作为待测物。
如图1所示，一种基于智能手机的便携成像装置，包括智能手机1、滤光片轮2、控制模块3、可充电移动电源4、外壳5、待测发光物体6；控制模块3中的低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机依次连接，滤光片轮通过螺丝固定在舵机上；滤光片轮2、控制模块3和可充电移动电源4均通过螺丝封装固定在外壳5内，可充电移动电源4给控制模块3供电，智能手机1放入外壳5的手机卡槽内，手机摄像头正对滤光片；检测时将装置放在待测发光物体6前面，智能手机1通过手机端APP与滤光片轮的控制模块3进行无线通信，与控制模块3中的低功耗蓝牙设备连接并发送舵机握手指令，与控制模块3连接成功后，智能手机1通过手机端APP对控制模块3发送舵机的位置指令控制舵机的转动，舵机的转动带动固定在舵机上的滤光片轮的转动，使对应的滤光片准确转动到手机摄像头的位置，装置利用智能手机1的手机摄像头拍摄待测物图片，完成多光谱成像并保存多光谱图片。
所述滤光片轮2的壳体由3D打印制作，设计图如图2所示，在图2的(a)图所示的放置滤光片的旋转轮盘上开设若干个与圆心呈中心对称的直径9.1mm的沉头圆孔，所述沉头圆孔可设22个，其中一个沉头圆孔不装滤光片，用于显示待测物原图，以方便固定滤光片轮2和控制模块3时的位置校正；其余21个沉头圆孔内依次放置21个滤光片，滤光片可采用直径为9mm圆形窄带滤光片，带宽10～15nm，中心波长分别为380nm、400nm、420nm、440nm、460nm、480nm、500nm、520nm、540nm、560nm、580nm、600nm、620nm、640nm、660nm、680nm、700nm、720nm、740nm、760nm、780nm。在放置滤光片后，将图2的(b)图显示的盖子(用于固定旋转轮盘中的滤光片)放置在如图2的(a)图所示放置滤光片的旋转轮盘上，再使用螺丝在(a)图和(b)图中放置滤光片沉头圆孔外围的圆形小孔处固定，滤光片轮2固定完成后，在图(a)的中心圆孔处，使用螺丝将舵机与滤光片轮2固定，舵机能够带动滤光片轮2围绕圆盘轴心旋转，以使手机摄像头可正对滤光片。
所述控制模块3包括低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机，低功耗蓝牙模块、舵机调试版和舵机依次连接，智能手机1通过手机端APP和控制模块3无线通信，手机端APP和控制模块3的连接关系如图3所示。
所述控制模块3中的舵机调试版作用是串口信号转换器，串口信号经过信号转换电路转成电平的信号。
所述可充电移动电源4采用可充电+5V直流电池。
所述外壳5采用3D打印技术制作。
所述智能手机的手机端APP用于实现以下功能：
功能一、连接设备，与控制模块中的低功耗蓝牙模块连接并发送舵机的握手指令，完成后显示与控制模块连接成功；
功能二、拍摄多光谱图片，按照中心波长的大小顺序选择滤光片，通过蓝牙发送舵机的位置指令，舵机根据位置指令的控制指定的滤光片转动到摄像头位置后，通过智能手机的相机，调整好焦点使物体在镜头内成像清晰，拍照并保存；
功能四、多光谱图像与光谱曲线处理，从手机相册选择需要的图片，首先获得选择的图片的曝光时间，对图片进行裁剪、灰度化和计算图片的平均灰度值；在校准时，载入标准光源的光谱辐亮度曲线，然后根据设计的公式计算出各滤光片对应的校准文件并保存；在检测时调取多光谱图片对应的校准文件，根据校准文件和公式计算出校准后的光谱辐亮度和亮度值，并在显示出光谱曲线；
功能五、二维光学特性分析，根据光谱计算光学特性(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)可进一步显示二维光学特性分布图。
一种基于智能手机的便携多光谱成像装置及光谱辐亮度校准方法，包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：用螺丝将滤光片轮2固定在控制模块3的舵机上，用螺丝将滤光片轮2、控制模块3和可充电移动电源4都固定封装在外壳5内，可充电移动电源4给控制模块3供电，将智能手机1放置在外壳5前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片。
步骤二、拍摄标准光谱辐亮度光源多光谱图片：用光纤将卤钨灯接入积分球，在积分球出光口形成均匀发光面，待卤钨灯稳定后将本装置放置在积分球均匀发光前面，打开手机端APP，连接设备，与控制模块3连接成功后，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到摄像头的位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存。智能手机1在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变。
步骤三、图像处理：打开手机端APP，选择相册同组内的各对应中心波长的标准光源的多光谱图片；获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值。
步骤四、载入标准光源的光谱辐亮度曲线S(λ)，然后根据公式(1)计算出各滤光片对应的校准文件K(λ)。
由于滤光片的透光率和相机拍照参数等因素对光谱的影响，需要对拍照所得图片的原始灰度值进行校准；采用标准光谱辐亮度光源进行校准，设标准光源的光谱辐亮度曲线为S(λ)，滤光片的透过率T(λ)，带宽Δλ，中心波长λ，透过率曲线的半宽Δλ'，通过该滤光片测得图片平均灰度值A0,曝光时间t0,则对应该滤光片的系统校准系数K(λ)为：
步骤五、将校准文件保存进多光谱检测手机端APP，校准完成。
本发明检测主要流程图以及手机端APP逻辑参考图4。
一种基于智能手机的便携多光谱成像装置及光谱辐亮度检测方法，包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：用螺丝将滤光片轮2固定在控制模块3的舵机上，用螺丝将滤光片轮2、控制模块3和电源4都固定封装在外壳5内，可充电移动电源4给控制模块3供电，将智能手机1放置在外壳5前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片。
步骤二、拍摄发光待测物的多光谱图片：打开手机端APP，连接设备，与控制模块3连接成功后，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到摄像头的位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存。智能手机1在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变。
步骤三、多光谱图像与光谱曲线处理：打开手机端APP，选择相册内同一组的各对应中心波长的待测物的多光谱图片；获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值。调取多光谱图片对应的校准文件，根据式(2)-(4)计算出校准后的光谱辐亮度和亮度值，并显示出光谱曲线。
滤光片对应的平均透过率设为：
在检测过程中，待测样品通过该滤光片的图片平均灰度值为A，曝光时间为t，根据式(1)和式(2)可以得到校准后的对应滤光片的光谱辐亮度为LS(λ)：
则对应的光谱亮度为：
L(λ)＝683*LS(λ)*V(λ) (4)
其中，V(λ)为光谱光视效率函数。
步骤四、二维光学特性分析：根据上述光谱曲线计算光学特性(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)。可进一步显示二维光学特性分布图。
为验证本发明的可行性，将同一待测发光显示屏在显示绿光的情况下用光谱辐亮度计测得光谱辐亮度分布曲线(如图5所示)，与本发明所得的光谱曲线(如图6所示)对比，二者结果相近，说明本发明测试的准确性。
本发明提供的基于蓝牙控制旋转式多光谱成像装置，智能手机与外设使用手机端APP无线蓝牙连接与控制。本发明采用舵机控制滤光片轮，位置精度更高，滤光片轮旋转角度更准确。本发明提供的一种基于智能手机的便携多光谱成像装置的光谱辐亮度校准方法，可以使本装置同时具有检测获取自发光光源的辐亮度和亮度，并对其进行光学特性分析，也可以获取物品的反射和或透射光对物品进行检测分析，也可进一步根据光谱进行二维光学特性检测分析(如峰值波长、主波长、纯度、相关色温等)。本发明提供的多光谱成像装置，使用无线蓝牙控制，此装置作为智能手机的光学附件，可以便携、实时和准确地实现对自发光和不发光待测物的多光谱成像。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种基于智能手机的多光谱成像装置，其特征在于包括智能手机、滤光片轮、控制模块、可充电移动电源和外壳；
所述智能手机、滤光片轮、控制模块和电源都设于外壳内，滤光片轮设置在外壳内的上方，固定在智能手机摄像头前；控制模块和电源固定在外壳内的下方，外壳上设卡槽，智能手机固定在外壳的卡槽内；电源采用可充电移动电源，用于给控制模块供电；
所述滤光片轮包括滤光片、旋转轮盘、盖在旋转轮盘上的盖子，旋转轮盘上设若干与圆心呈中心对称的沉头圆孔，其中1个沉头圆孔不装滤光片，用于显示待测物原图，方便固定滤光片轮和控制模块时的位置校正；其余沉头圆孔内均放置滤光片，盖子用螺丝固定在旋转轮盘上；
所述控制模块由低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机组成；所述低功耗蓝牙模块、舵机调试板、舵机依次连接，舵机调试版用于将串口信号转换为电平的信号；滤光片轮固定在舵机上，舵机用于带动滤光片轮围绕轴心旋转，以使智能手机的摄像头正对滤光片；手机端APP与控制模块无线通信，手机端APP连接控制模块中的低功耗蓝牙模块，连接成功后并发送舵机握手指令，与控制模块连接成功后，手机端APP发送舵机的位置指令通过低功耗蓝牙模块和舵机调试板控制舵机转动到指定位置，进而控制固定在舵机上的滤光片轮的转动，将对应的滤光片准确转动到智能手机的摄像头位置，智能手机的摄像头用于拍摄待测物图片，完成多光谱成像并保存多光谱图片。
2.如权利要求1所述一种基于智能手机的多光谱成像装置，其特征在于所述可充电移动电源采用可充电+5V直流电池。
3.如权利要求1所述一种基于智能手机的多光谱成像装置，其特征在于所述外壳采用3D打印制作。
4.如权利要求1所述一种基于智能手机的多光谱成像装置，其特征在于所述滤光片轮的旋转轮盘和盖子均由3D打印制作完成，所述滤光片采用圆形窄带滤光片，带宽10～15nm，中心波长在可见光范围内，分别为λ1，λ2……λm，m数量根据精度要求选择。
5.一种光谱辐亮度校准方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种基于智能手机的多光谱成像装置，具体方法包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：将滤光片装入旋转轮盘的沉头圆孔中，其中1个沉头圆孔不装滤光片，盖子盖在旋转轮盘上用螺丝固定；将滤光片轮用螺丝固定在控制模块的舵机上，使用螺丝将滤光片轮、控制模块和电源固定封装在设计的外壳内，可充电移动电源用于控制模块供电，将手机放置在外壳前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片；
步骤二、拍摄标准光源多光谱图片：打开手机端APP，连接设备，与控制模块连接成功后，将此装置对准标准光源出光口，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到智能手机的摄像头位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存；智能手机在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变；
步骤三、图像处理：打开手机端APP，选择相册同组内的各对应中心波长的标准光源的多光谱图片，获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值；
步骤四、载入标准光源的光谱辐亮度曲线S(λ)，根据式(1)计算各滤光片对应的校准文件K(λ)；
其中，T(λ)为滤光片的透过率，Δλ为带宽，λ为中心波长，Δλ'为透过率曲线的半宽，A0为图片平均灰度值，t0为曝光时间；
步骤五、将校准文件保存到手机端APP，校准完成。
6.一种光谱辐亮度检测方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种基于智能手机的多光谱成像装置，具体方法包括以下步骤：
步骤一、安装多光谱成像装置：将滤光片装入旋转轮盘的沉头圆孔中，其中1个沉头圆孔不装滤光片，盖子盖在旋转轮盘上用螺丝固定；将滤光片轮用螺丝固定在控制模块的舵机上，使用螺丝将滤光片轮、控制模块和电源固定封装在设计的外壳内，可充电移动电源用于控制模块供电，将手机放置在外壳前面的卡槽内，手机摄像头正对滤光片；
步骤二、拍摄发光物体多光谱图片：打开手机端APP，连接设备，与控制模块连接成功后，将此装置对准待测物，依照滤光片中心波长的大小顺序选择滤光片，当选择的滤光片旋转到智能手机摄像头的位置后，调整好焦点使待测物在镜头内成像清晰，拍照并保存；智能手机在拍照时的参数包括测光方式、ISO、快门、曝光补偿、对焦方式、白平衡、图像画质，这些参数在同一校准文件中保持不变；
步骤三、多光谱图片与光谱曲线处理：打开手机端APP，进行图片处理，选择相册同组内的各对应中心波长的待测物的多光谱图片，获取选择的图片的曝光时间，裁剪选择的图片并转换为灰度图片，计算各图片的平均灰度值；调取多光谱图片对应的校准文件，根据公式(2)～(4)计算校准后的光谱辐亮度和亮度值，在手机端APP显示出光谱曲线；
滤光片对应的平均透过率T设为：
在检测过程中，待测样品通过该滤光片的图片平均灰度值为A，曝光时间为t，根据式(1)和式(2)可以得到校准后的对应滤光片的光谱辐亮度为LS(λ)：
则对应的光谱亮度为：
L(λ)＝683*LS(λ)*V(λ) (4)
其中，V(λ)为光谱光视效率函数；
步骤四、二维光学特性分析：根据上述光谱曲线计算光学特性，进一步显示二维光学特性分布图。
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