CN117848968A - 一种虹现象复现装置及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虹现象复现装置及其分析方法，属于大气光学实验装置技术领域，包括光具座和可移动的顺序设置在光具座上的光源设备、折射成像设备及呈像器件；所述光源设备用于向折射成像设备投射光源，所述折射设备用于折射所述投射光源；所述折射成像设备设置在能接收光源并在所述呈像器件上成像的位置；所述呈像器件面对所述光源设备的一面上设置有若干折射介质，所述折射介质用于折射打到呈像器件的光源并在呈像器件上形成彩虹条带。实现了对自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加现像的模拟。

Description

一种虹现象复现装置及其分析方法

技术领域

本发明属于大气光学实验装置技术领域，涉及一种虹现象复现装置及其分析方法。

背景技术

虹现象是人们最早研究的大气光学现象之一。早在公元前4世纪，亚里士多德就在《天象论》一书中记录了他对虹现象的观察与解释。公元17世纪，以笛卡尔为代表的物理学家们采用几何光学理论较为准确地描述了虹现象：光束进入球形介质发生折射，在球形介质内表面发生反射，再通过折射从球形介质出射时产生虹现象；光束进入球形介质发生折射，在球形介质内表面发生两次反射，再通过折射从球形介质出射时产生二级虹现象，也即霓。随着二十一世纪生产生活对气象预测的精度要求进一步提高，对虹现象的定量分析已成为当下大气光学研究的重点之一。国内外越来越多的学者致力于精确计算虹现象产生过程中的有关参量，分析各类自然环境对虹现象视觉特性的影响。

然而，目前学界设计的实验装置主要侧重于虹现象的原理展示，往往使用若干棱镜或单个大玻璃球作为折射介质，未能模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加。

发明内容

为了解决现有虹现象复现装置无法模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱叠加的问题，本发明提供了一种虹现象复现装置及其分析方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种虹现象复现装置，包括顺序设置在一条直线上的光源器件、折射器件及呈像器件；

所述光源器件用于向折射器件投射光源，所述折射器件用于折射所述投射光源；

所述呈像器件面对所述光源器件的一面上设置有若干折射介质，所述折射介质用于折射经过折射器件打到呈像器件的光源，并在呈像器件上形成彩虹条带。

进一步地，所述光源器件包括全光谱光源、用于固定所述全光谱光源的输出光纤的光纤夹持器以及使所述光纤夹持器在竖直方向上移动的第一升降装置。

进一步地，所述折射器件包括凸透镜及用于使所述凸透镜在竖直方向上移动的第二升降装置；所述凸透镜的一面面向所述全光谱光源，另一面面向所述呈像器件。

进一步地，所述呈像器件包括光屏及用于使所述光屏在竖直方向上移动的第三升降装置。

进一步地，所述光屏上覆盖有黑色植绒布，所述黑色植绒布上带有密集绒毛，所述密集绒毛用于使所述折射介质分布在黑色植绒布上且不掉落，所述折射介质为粒径在0.1mm至0.6mm的高透度球。

进一步地，还包括光具座，所述光具座上设置有滑轨，所述第一升降装置、第二升降装置和第三升降装置均设置在滑轨上。

进一步地，所述光具座表面设有刻度标尺，两端设有使光具座在竖直方向上移动的升降螺杆。

本发明还提供一种虹现象分析方法，包括以下步骤：

采集呈像器件上生成的带有彩虹条带的原始图像；

获取原始图像上任意一点的RAW格式数据及RGB数据；

切割原始图像白色区域部分并保留无白图像，切割原始图像黑色区域及白色区域部分并保留彩虹条带图像；

根据所述无白图像上任意一点的RGB数据及CIE 1931 XYZ标准色度系统色度图计算得出色域面积；

由所述彩虹条带的黑色像素与白色像素比例计算得出噪点比例；

由彩虹条带图像垂直方向上色调数据的拟合优度表征色调变化特性；

由所述无白图像的RAW格式数据，在HSV颜色模型中计算得到饱和度；

根据所述色域面积、噪点比例、色调变化特性及饱和度分析虹现象。

进一步地，还包括采集原始图像上任一点的位置坐标，根据所述位置坐标及对应的RGB数据进行如下成像判断：

判断条件1：原始图像文件中存在非黑色的近似圆形区域；

判断条件2：在所述近似圆形区域中RGB数据随位置坐标进行连续变化；

若判断条件1及判断条件2均成立，则判断为已成像；若判断条件1和/或判断条件2不成立，则判断为未成像，反馈有关设备的调整信息。

本发明提供的一种虹现象复现装置及其分析方法具有以下有益效果：

本发明设置了一种虹现象复现装置，将光源器件、折射器件及呈像器件按顺序设置，实验者通过调整各个器件的距离即可复现出明显的虹现象，本装置在呈像器件上还增加了若干折射介质，可模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加现象，使得虹现象的研究更加贴近现实，提高了装置的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体装置示意图；

图2为本发明黑色植绒布和折射介质的微观示意图；

图3为本发明虹现象的光路示意图；

图4为本发明使用的光源光谱图；

图5为本发明0.1-0.2mm高透度球形固体对应虹现象的色度图；

图6为本发明0.2-0.4mm高透度球形固体对应虹现象的色度图；

图7为本发明0.4-0.6mm高透度球形固体对应虹现象的色度图；

图8为本发明0.1-0.4mm高透度球形固体对应虹现象的色度图；

图中：1、全光谱光源输出光纤；2、光纤夹持器；3、光具座；4、凸透镜；5、光屏；6、高透度球形固体；7、工业摄像机；8、黑色植绒布；9、密集绒毛。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

本发明的一种虹现象复现装置，包括顺序设置的光源器件、折射器件及呈像器件；光源器件用于向折射器件投射光源，折射器件用于折射投射光源；折射器件设置在能接收光源并在呈像器件上成像的位置；呈像器件面对光源器件的一面上设置有若干折射介质，折射介质用于折射打到呈像器件的光源并在呈像器件上形成彩虹条带。通过设置在呈像器件上的若干折射介质可以模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加现象，使得虹现象的研究更加贴近现实，提高了装置的实用性。

装置实施例1

本发明提供了一种虹现象复现装置，具体如图1所示，包括光具座3及可移动的安装在光具座3上的光源器件、凸透镜4和光屏5；光源器件用于向凸透镜4投射光源，凸透镜4用于折射投射光源；凸透镜4设置在能接收光源并在光屏5上成像的位置；光屏5面对光源器件的一面上设置有若干高透度球形固体6，高透度球形固体6用于折射打到光屏5的光源并在光屏5上形成彩虹条带。通过设置在呈像器件上的若干折射介质可以模拟自然环境中大量液滴在空间堆积后出射光谱的叠加现象，使得虹现象的研究更加贴近现实，提高了装置的实用性。并且光具座3可以更加便捷的使光源器件、凸透镜4和光屏5在合适的区间内移动，可以通过调整入射光谱、介质粒径和折射率等方面进行虹现象的定量分析与研究，使得虹现象的研究更加全面方便。

装置实施例2

如图1所示，在装置实施例1的基础上，光源器件包括用于产生光源的全光谱光源1的输出光纤和用于固定输出光纤的光纤夹持器2，光纤夹持器2包括使其在竖直方向上移动的升降装置，全光谱光源1设有散热装置，输出光谱包含可见光的全部波段。光纤夹持器2固定输出光纤，保证输出点位于凸透镜4焦平面且与凸透镜4中心、光屏5中心共轴。

其中，全光谱光源1采用卤素灯泡，卤素灯泡使用耐高温的石英玻璃制成，灯泡内注入碘或溴等卤素气体，利用塑料套保护灯泡玻璃壳清洁，输出光谱包括所有可见光波段；卤素灯泡表面工作温度可达600摄氏度，灯泡后方设有散热装置，避免灯泡封口处温度超过350摄氏度，缩短灯泡使用寿命；灯泡外设置金属壳体，避免受到冲击或震动。

装置实施例3

如图1所示，在装置实施例2的基础上，光纤夹持器2、凸透镜4和光屏5与光具座3之间均设置有使对应装置在竖直方向上移动的升降装置，升降装置采用套管式升降支柱，套管式升降支柱可以采用两节嵌套的圆管，两节圆管可以相对滑动，并且两节圆管之间设有锁紧螺钉，能实现高度平滑改变，而且采用圆管，则可以进行相对转动。

装置实施例4

如图1所示，在装置实施例3的基础上，光屏5上覆盖有黑色植绒布8，如图2所示，黑色植绒布8表面植有密集绒毛9，在黑色植绒布8竖立状态下密集绒毛9吸附高透度球形固体6，使之保持空间堆积状态，高透度球形固体6的粒径在0.1mm至0.6mm且具有合适的密度和圆度，均匀地分散在黑色植绒布8表面；黑色植绒布8由纤维材料(如聚酯纤维)制成，表面经过静电处理，植有密集绒毛9，在竖立状态下吸附高透度球形固体6，使之呈空间堆积状态。

其中，高透度球形固体6折射率在1.2至1.7，使用超声清洗机去除高透度球形固体6表面的污垢、油脂和灰尘等杂质，确保其表面光滑洁净，不影响光线透过率；黑色植绒布8具有良好的吸光性，能够吸收装置后方的环境光线和透过高透度球形固体6的投射光线，减小实验受外部光学环境的影响；如图3所示，光束经高透度球形固体6折射后，能在主光轴5°至85°的观察范围内产生清晰的虹现象。

装置实施例5

如图1所示，在装置实施例1的基础上，光具座3表面设有刻度标尺，两端设有使光具座3在竖直方向上移动的升降螺杆。若光具座3设置在地面不平的地方，则可以通过升降螺杆来调整找平，方便实现虹现象的复现，提高装置可用性。

装置实施例6

如图1所示，在装置实施例1-5的基础上，光具座3的一侧还设置于工业摄像机7，工业摄像机7具有足够的分辨率，针对不同的折射介质，工业摄像机7所能拍摄的最小线度大于高透度亚克力小球的最小粒径；工业摄像机7具有高清图像摄取装置，可为CMOS和CCD两种，拍摄近似人眼观察结果的彩色图像，采集像素分布和亮度、颜色等信息；工业摄像机7设有三脚架或滑轨等固定装置，可调整对光屏的观察角度并随时固定；工业摄像机7设有各种接口和通信功能，以便于与其他设备或系统的连接和数据传输，常见的接口包括GIGE千兆网、USB2.0、USB3.0、Camera Link1394A、1394B等；工业摄像机7配备专门软件开发工具包(Software Development Kit，SDK)，通过代码设置包括曝光时间、触发方式、图像分辨率、成像帧率在内的相机参数，拍摄可供计算机处理的原始图像。

方法实施例

基于装置实施例1-6任一个的硬件设备，本发明还设计有相应的虹现象分析方法，包括如下步骤：

(1)提取工业摄像机记录的RAW(原始图像文件)信息，将之转化为图像的RGB数据。对于图像中的任意一点，已知其在图像中的位置坐标和RGB数据。

(2)基于位置坐标和RGB数据，作如下两次判断：

a.图像中是否存在非黑色的近似圆形区域。

b.近似圆形区域中是否存在RGB数据随位置坐标的连续变化。

若a判断成立，则表明工业摄像机已对准成像区域。若否，则反馈以下调整步骤：

1.检查光源是否开启，实验光路是否有遮挡物，是否有其他光源干扰。

(开启光源，去除实验光路的遮挡物，排除环境光源的干扰。)

2.工业摄像机是否对准成像区域。

(调整工业摄像机的位置，使之对准成像区域。)

若b判断成立，则表明系统硬件部分已成功复现虹现象。若否，则反馈以下调整步骤：

1.光具座上光源的输出点是否位于凸透镜的焦平面。

2.黑色植绒布是否均匀铺设高透度球形固体。

3.工业摄像机是否位于合适的观察角度。

(3)切割图像黑色区域(无光区域)，保留成像区域及其RAW格式数据。

(4)切割成像区域中的白色部分(全反射部分)，保留彩虹条带及其RAW格式数据。

(5)将下述标准化参数取平均数，即为虹现象视觉特性评价值，基于虹现象视觉特性评价值对虹现象进行分析:

1.色域面积：基于切割成像区域中的白色部分后的RGB数据，在CIE 1931 XYZ标准色度系统色度图中计算虹现象的色域面积，其标准值为色域面积与理想虹现象在色度图中的弓形图像面积之比。色域面积体现了虹现象复现结果的颜色丰富纯度。

2.噪点比例：彩虹条带为扇环区域，其中仍然存在由于黑色植绒布结构和高透度球形固体分布等原因导致的黑色像素和白色像素，这两种像素点在彩虹条带中的比例即为噪点比例。

3.色调变化：使用最小二乘法对条带垂直方向上的色调数据进行线性拟合，计算拟合优度R²，也即拟合函数预测数据和实际数据之间的平方距离之比，即可表征色调变化是否连续均匀。R²的取值范围为0-1，越接近1表明色调变化越连续均匀。

4.饱和度：基于切割成像区域中的白色部分后的RAW格式数据，在HSV颜色模型中计算虹现象的饱和度。在HSV颜色空间中，饱和度的取值范围为0-1，越接近1表明虹现象中单一颜色的纯度越高。

系统实施例

针对于上述装置及方法，还设置有相应的一种虹现象分析系统，此系统包含实现虹现象分析方法的处理器，虹现象分析方法已经在上述方法实施例中介绍的足够详细，此处理器包括：识别模块、观察模块、调查模块、分析模块和绘制模块。

识别模块处理信息包括以下四个步骤：

(1)提取工业摄像机记录的RAW(原始图像文件)信息，将之转化为图像的RGB数据。对于图像中的任意一点，已知其在图像中的位置坐标和RGB数据。

(2)基于位置坐标和RGB数据，作如下两次判断：

a.图像中是否存在非黑色的近似圆形区域。

b.近似圆形区域中是否存在RGB数据随位置坐标的连续变化。

若a判断成立，则表明工业摄像机已对准成像区域。若否，则反馈以下调整步骤：

1.检查光源是否开启，实验光路是否有遮挡物，是否有其他光源干扰。

(开启光源，去除实验光路的遮挡物，排除环境光源的干扰。)

2.工业摄像机是否对准成像区域。

(调整工业摄像机的位置，使之对准成像区域。)

若b判断成立，则表明系统硬件部分已成功复现虹现象。若否，则反馈以下调整步骤：

1.光具座上光源的输出点是否位于凸透镜的焦平面。

2.黑色植绒布是否均匀铺设高透度球形固体。

3.工业摄像机是否位于合适的观察角度。

(3)切割图像黑色区域(无光区域)，保留成像区域及其RAW格式数据。

(4)切割成像区域中的白色部分(全反射部分/无白区域)，保留彩虹条带及其RAW格式数据。

观察模块为用户图形界面的主要组成部分，提供工业摄像机的原始拍摄图像和经识别模块切割后的成像区域图像和彩虹条带图像。用户可在计算机上观察、放大所得图像，并基于设备的数据传输速度和计算性能，调整工业摄像机的拍摄帧率。

调整模块包括自动调整和手动设置两个部分。自动调整部分，系统内置工业摄像机的自动对焦、自动设置曝光时间、自动设置色彩平衡、自动设置光圈大小等四项功能，同时允许在工业摄像机机械限制范围内手动设置上述参数。

分析模块提出了针对虹现象视觉特性的分析方法。详细地，分析模块综合考虑以下四个参数，将下述标准化参数取平均数为虹现象视觉特性评价值。

(1)色域面积：基于切割成像区域中的白色部分后的RGB数据，在CIE 1931 XYZ标准色度系统色度图中计算虹现象的色域面积，其标准值为色域面积与理想虹现象在色度图中的弓形图像面积之比。色域面积体现了虹现象复现结果的颜色丰富纯度。

(2)噪点比例：彩虹条带为扇环区域，其中仍然存在由于黑色植绒布结构和高透度球形固体分布等原因导致的黑色像素和白色像素，这两种像素点在彩虹条带中的比例即为噪点比例。

(3)色调变化：使用最小二乘法对条带垂直方向上的色调数据进行线性拟合，计算拟合优度R²，也即拟合函数预测数据和实际数据之间的平方距离之比，即可表征色调变化是否连续均匀。R²的取值范围为0-1，越接近1表明色调变化越连续均匀。

(4)饱和度：基于切割成像区域中的白色部分后的RAW格式数据，在HSV颜色模型中计算虹现象的饱和度。在HSV颜色空间中，饱和度的取值范围为0-1，越接近1表明虹现象中单一颜色的纯度越高。

在此基础上，分析模块提供虹现象视觉特性的连续时域分析。对虹现象施加特定的连续扰动，如在光屏上移动黑色植绒布的位置，分析模块提供虹现象视觉特性评价值随时间的变化情况，据此可评估虹现象的稳定性。

绘制模块基于前述分析数据，提供以下三种图像或曲线的绘制功能。

(1)色度图。系统内置基于切割成像区域中的白色部分后的RGB数据绘制CIE 1931XYZ标准色度系统色度图的功能。

(2)色调-位置曲线。系统内置基于条带垂直方向上的色调数据绘制色调-位置曲线的功能。与分析模块中色调变化参数相配合，曲线的平滑程度可直观体现色调变化的连续程度。

(3)评价-时间曲线。系统内置基于连续时域虹现象视觉特性评价值绘制评价-时间曲线的功能。与分析模块中对虹现象施加的连续扰动相配合，曲线的变化情况可直观体现虹现象的稳定性。

控制装置为调整模块与硬件系统的连接装置，通过数字信号控制镜头的焦距、光圈大小、曝光时间等摄制参数，变焦镜头的机械结构无特殊要求。

具体的：

如图4所示，选择一种输出光谱包含全部自然光波段的全光谱光源1，使用光谱仪精确记录全光谱光源1的光谱特征。

光具座3置于平整的工作台上，调节两端的升降螺杆，使滑轨呈水平状态，依次将光纤夹持器2、凸透镜4以及光屏5可移动地布置在光具座3上，使用光纤夹持器2固定全光谱光源1的输出光纤。

在滑轨上调节光纤夹持器2、凸透镜4和光屏5之间的相对距离，使全光谱光源1的输出点位于凸透镜4的焦平面；在本例中，所用光具座3长度为80cm，凸透镜4焦距为100mm；光具座3上，全光谱光源1的输出点位于10cm处，光屏5位于70cm处。

在滑轨上调节光纤夹持器2、凸透镜4和光屏5之间的相对高度，使全光谱光源1的输出点、凸透镜4中心和光屏5中心位于同一水平直线，观察光屏5，输出光线经凸透镜折射后在光屏中心形成与凸透镜等大的光斑；在本例中，凸透镜4直径为50mm，全光谱光源1的输出点、凸透镜4中心和光屏5中心高出光具座3刻度标尺20cm。

使用分子筛筛选不同粒径的高透度球形固体6，并分别存放、记录；在本例中，选用0.1-0.2mm、0.2-0.4mm和0.4-0.6mm三个粒径范围的高透度球形固体6。

使用折光仪测量高透度球形固体6的折射率，在实验条件不具备的情况下，也可基于高透度球形固体6的物质成分查表得到其折射率，在本例中，高透度球形固体6使用亚克力材料(聚甲基丙烯酸甲酯)，测得折射率为1.49。

根据菲涅耳定律，虹现象中出射角不同的光具有不同的光强，因此每一种波长的光出射后会形成一个关于入射位置的光强分布，也即出射角不同，该波长的光强不同；基于此，参考图3、4，根据光谱仪记录的全光谱光源1输出光谱，结合光线在介质中的几何关系，计算得到各个观察角度下虹现象的出射光谱；以某一角度出射光谱中光强最大的波长为这一角度的出射波长，自然地，角度和波长形成一一对应的关系；结合波长和颜色的对应关系，可以得到各个观察角度下虹现象的主要颜色；一般地，选择可见光的波长中值(580nm，黄绿光)对应的观察角度可以得到最好的观测效果，即观察到颜色最丰富的虹现象；基于本例的全光谱光源1输出光谱和高透度球形固体6折射率，以主光轴为基准，计算得虹现象的最佳观察角度为22°，霓现象的最佳观察角度为83.5°。

采用铺撒、涂抹等方式使高透度球形固体6均匀地分布在黑色植绒布8表面，保证在黑色植绒布8竖立状态下，高透度球形固体6不会脱落，仍然保持空间堆积状态；需要注意的是，不可通过胶黏等方式引入新的折射介质，不可通过熔喷等方式改变高透度球形固体6的圆度和线度；在本例中，高透度球形固体6的涂抹面积为225cm2。

黑色植绒布8紧密贴合在光屏5表面，保证黑色植绒布8平展无折叠。

选用分辨率足够的工业摄像机7，在本例中，工业摄像机7的分辨率为3840×2160，覆盖黑色植绒布8上0.32×0.18m的区域，则工业摄像机7所能拍摄的最小线度为0.083mm，实验使用的高透度球形固体6粒径大于此线度，符合精度要求。

根据理论计算结果，调整工业摄像机7的观察角度，记录虹现象。

选择合适的传输方式将工业摄像机7观察得到的图像实时传输到计算机，在本例中，工业摄像机7设有USB3.0接口，在计算机上安装驱动程序，即可通过数据线直接连接工业摄像机7；选择合适的表征方法处理所得虹现象的图像，在本例中，绘制基于CIE 1931色度学系统的色度图表征虹现象。

如图5所示，根据上述方案在暗室中布置实验器材，黑色植绒布8表面铺撒0.1-0.2mm高透度球形固体6，使用工业摄像机7记录虹现象，绘制色度图。

如图6所示，根据上述方案在暗室中布置实验器材，黑色植绒布8表面铺撒0.2-0.4mm高透度球形固体6，使用工业摄像机7记录虹现象，绘制色度图。

如图7所示，根据上述方案在暗室中布置实验器材，黑色植绒布8表面铺撒0.4-0.6mm高透度球形固体6，使用工业摄像机7记录虹现象，绘制色度图。

观察色度图不难发现，随着介质粒径的增大，对应虹现象中色调丰富度都有着明显的提高，在色度图直观地体现为色域的扩大。

如图8所示，以不同比例混合上述三种粒径的高透度球形固体6，重复实验并拟合饱和度等实验数据，发现当不同粒径的介质混合后虹现象色调变化更为均匀，并得到最佳介质混合方案：0.1-0.2mm和0.2-0.4mm的高透度球形固体6以5：12的体积比混合时，虹现象成像质量最高；观察虹现象并绘制色度图，发现在该混合比例下，虹图像中色调随位移的变化连续且均匀，色调单调递增，色彩丰富度较高，条带分布明显，符合虹现象的特征。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种虹现象复现装置，其特征在于，包括顺序设置在一条直线上的光源器件、折射器件及呈像器件；

所述光源器件用于向折射器件投射光源，所述折射器件用于折射所述投射光源；

所述呈像器件面对所述光源器件的一面上设置有若干折射介质(6)，所述折射介质(6)用于折射经过折射器件打到呈像器件的光源，并在呈像器件上形成彩虹条带。

2.根据权利要求1所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述光源器件包括全光谱光源(1)、用于固定所述全光谱光源(1)的输出光纤的光纤夹持器(2)以及使所述光纤夹持器(2)在竖直方向上移动的第一升降装置。

3.根据权利要求2所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射器件包括凸透镜(4)及用于使所述凸透镜(4)在竖直方向上移动的第二升降装置；所述凸透镜(4)的一面面向所述全光谱光源(1)，另一面面向所述呈像器件。

4.根据权利要求3所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述呈像器件包括光屏(5)及用于使所述光屏(5)在竖直方向上移动的第三升降装置。

5.根据权利要求4所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述折射介质(6)为粒径在0.1mm至0.6mm的高透度球，所述光屏(5)上覆盖有黑色植绒布(8)，所述黑色植绒布(8)上带有若干绒毛(9)，若干所述折射介质(6)分部在若干绒毛(9)之间。

6.根据权利要求4所述的虹现象复现装置，其特征在于，还包括光具座(3)，所述光具座(3)上设置有滑轨，所述第一升降装置、第二升降装置和第三升降装置均设置在滑轨上。

7.根据权利要求6所述的虹现象复现装置，其特征在于，所述光具座(3)表面设有刻度标尺，两端设有使光具座在竖直方向上移动的升降螺杆。

8.一种基于权利要求1的虹现象复现装置的虹现象分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集呈像器件上生成的带有彩虹条带的原始图像；

获取原始图像上任意一点的RAW格式数据及RGB数据；

切割原始图像白色区域部分并保留无白图像，切割原始图像黑色区域及白色区域部分并保留彩虹条带图像；

根据所述无白图像上任意一点的RGB数据及CIE 1931XYZ标准色度系统色度图计算得出色域面积；

由所述彩虹条带图像的黑色像素与白色像素比例计算得出噪点比例；

由彩虹条带图像垂直方向上色调数据的拟合优度表征色调变化特性；

由所述无白图像的RAW格式数据，在HSV颜色模型中计算得到饱和度；

根据所述色域面积、噪点比例、色调变化特性及饱和度分析虹现象。

9.根据权利要求8所述的虹现象分析方法，其特征在于，还包括采集原始图像上任一点的位置坐标，根据所述位置坐标及对应的RGB数据进行如下成像判断：

判断条件1：原始图像文件中存在非黑色的近似圆形区域；

判断条件2：在所述近似圆形区域中RGB数据随位置坐标进行连续变化；

若判断条件1及判断条件2均成立，则判断为已成像；若判断条件1和/或判断条件2不成立，则判断为未成像，反馈有关设备的调整信息。