CN219178730U - 滤光阵列校准装置及光谱仪校准装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种滤光阵列校准装置及光谱仪校准装置，滤光阵列校准装置包括光源输出组件、光学分束组件、第一光强测试组件、第二光强测试组件和控制处理终端，光学分束组件分出的多束光包括第一入射光和第二入射光，第一光强测试组件获取第一入射光的光功率或拍摄获取第一入射光图像以及拍摄第一入射光图像时的第一曝光时间，并反馈至控制处理终端，第二光强测试组件获取的第二入射光图像以及拍摄获取第二入射光图像时的第二曝光时间，并反馈至控制处理终端，控制处理终端利用获取的信息拟合得到待校准滤光阵列的透射率函数。该滤光阵列校准装置解决了阵列型光谱仪中滤光阵列的实际透射率函数与理论值之间存在较大误差的问题。

Description

滤光阵列校准装置及光谱仪校准装置

技术领域

本申请实施例涉及光谱仪校准技术领域，尤其涉及一种滤光阵列校准装置及光谱仪校准装置。

背景技术

光谱仪是一种用于检测电磁谱中特定区域的光特性的仪器，其将收集的光进行光谱色散，对光信号进行重构形成一系列的单色影像，然后对单色影像进行检测。

在相关技术中，光谱仪的类型包括光栅型光谱仪和阵列型光谱仪，其中，相较于光栅型光谱仪，阵列型光谱仪具有体积小、结构紧凑、抗震动、信号高速采集等优势。阵列型光谱仪的工作原理为入射光经过阵列分光元件分光后垂直入射滤光阵列，然后投射到感光元件上，其中，入射光谱信号光强为I[λ_i]，滤光阵列(FA，filter array)中的每个单元均有独立的透射率函数，第j个单元的透射率函数为T_j[λ_i]，对应的感光元件(即，探测器)可以读取独立的信号Sj，

其中，QE[λ_i]为探测器量子效率(已知量)，T_j[λ_i]为透射率函数(理论已知量)，I[λ_i]为入射光谱信号光强。由此，根据已知的T_j[λ_i]，通过对于以上公式的反演算法，可以得初始入射光谱信号光强I[λ_i]。

然而，由于滤光阵列存在加工工艺的误差，环境的变化，装配的精度等问题，阵列型光谱仪中滤光阵列的实际透射率函数与理论值之间存在较大误差，进而影响阵列型光谱仪检测的准确性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种滤光阵列校准装置及光谱仪校准装置，用以解决阵列型光谱仪中滤光阵列的实际透射率函数与理论值之间存在较大误差的技术问题。

本申请实施例为解决上述技术问题提供如下技术方案：

本申请实施例的第一方面提供了一种滤光阵列校准装置，包括：

光源输出组件，所述光源输出组件用于输出单色准直光；

光学分束组件，所述光学分束组件将所述光源输出组件输出的单色准直光分为多束，所述光学分束组件分出的多束光包括第一入射光和第二入射光；

第一光强测试组件，所述第一入射光入射至所述第一光强测试组件内，以使所述第一光强测试组件拍摄获取第一入射光图像，或所述第一光强测试组件获取第一入射光的光功率；

第二光强测试组件，所述第二入射光垂直入射待校准的滤光阵列后入射至所述第二光强测试组件内，以使所述第二光强测试组件拍摄获取垂直入射待校准滤光阵列的第二入射光的第二入射光图像；

控制处理终端，所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件分别与所述控制处理终端通信连接，以使所述第一光强测试组件将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述第二光强测试组件将获取的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第二曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述控制处理终端利用获取的信息拟合得到待校准滤光阵列的透射率函数。

本申请实施例的有益效果是：本申请实施例提供的滤光阵列校准装置通过光源输出组件、光学分束组件、第一光强测试组件和第二光强测试组件配合获取第一入射光图像或第一入射光的光功率，以及垂直入射待校准滤光阵列的第二入射光的第二入射光图像，并将获取的第一入射光图像或第一入射光的光功率，以及垂直入射待校准滤光阵列的第二入射光的第二入射光图像反馈至控制处理终端，控制处理终端利用获取的信息拟合得到较为准确的滤光阵列的透射率函数，在滤光阵列设置于光谱以内时，校准后的透射率函数有助于光谱仪检测的准确性。

在一种可能的实施方式中，所述光源输出组件包括用于输出预设带宽和波长的单色光的单色光输出组件和用于将所述单色光输出组件输出的单色光准直的准直光组件。

在一种可能的实施方式中，所述单色光输出组件包括发光件和单色光生成组件，所述发光件发出的光入射至所述单色光生成组件内，所述单色光生成组件对入射至所述单色光生成组件的光进行分光后输出预设带宽和波长的单色光。

在一种可能的实施方式中，所述发光件为宽谱发光元件，所述发光件包括卤素灯、氙灯、离子灯和LED灯中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述单色光生成组件包括入口狭缝、色散元件、反射镜、透镜和出口狭缝，所述发光件发出的光自所述入口狭缝处入射至所述单色光生成组件中，入射至所述单色光生成组件内的光经过所述透镜反射、所述色散元件衍射和所述反射镜反射后生成具有预设波长的单色光，所述单色光经所述出口狭缝输出。

在一种可能的实施方式中，所述色散元件包括光栅或棱镜。

在一种可能的实施方式中，所述单色光生成组件包括单色仪。

在一种可能的实施方式中，所述准直光组件包括准直透镜、球面透镜、非球面透镜和平凸透镜中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，所述准直光组件包括准直器或准直镜。

在一种可能的实施方式中，所述准直光组件包括单色光入射端，所述单色光输出组件输出的单色光自所述单色光入射端入射至所述准直光组件内，所述单色光入射端设置有用于使所述单色光输出组件输出的光均匀的入射至所述准直光组件内的第一光学元件。

在一种可能的实施方式中，所述第一光学元件为白色扩散玻璃。

在一种可能的实施方式中，所述光源输出组件还包括光阑，所述光阑设置于所述单色光输出组件与所述准直光组件之间。

在一种可能的实施方式中，所述光学分束组件包括分束镜，所述分束镜将所述光源输出组件输出的单色准直光分为两束，其中一束为第一入射光，另一束为第二入射光，所述第一入射光与所述第二入射光垂直。

在一种可能的实施方式中，当所述第一光强测试组件设置为用于获取第一入射光图像时，所述第一光强测试组件包括第一成像测试装置；

所述第二光强测试组件包括第二成像测试装置；

所述第一成像测试装置和所述第二成像测试装置均包括感光元件。

在一种可能的实施方式中，所述第一成像测试装置为CCD相机或CMOS相机，所述第二成像测试装置为CCD相机或CMOS相机。

在一种可能的实施方式中，所述滤光阵列校准时，所述滤光阵列设置于所述光学分束组件和所述第二光强测试组件之间，所述滤光阵列与所述第二光强测试组件之间设置有至少一个透镜。

在一种可能的实施方式中，当所述第一光强测试组件用于获取第一入射光的光功率时，所述第一光强测试组件包括光功率计。

在一种可能的实施方式中，所述控制处理终端包括控制系统和数据处理系统，所述光源输出组件、所述第一光强测试组件、所述第二光强测试组件和所述数据处理系统分别与所述控制系统通信连接，所述控制系统控制所述光源输出组件、所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件运作，并采集所述光源输出组件、所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件反馈的信息，所述数据处理系统获取所述控制系统采集的信息并对获取的信息进行处理。

在一种可能的实施方式中，所述控制系统包括LabVIEW控制模块，所述数据处理系统包括Python处理模块或MATLAB处理模块。

本申请实施例的第二方面提供一种光谱仪校准装置，包括如上任一滤光阵列校准装置中的的光源输出组件、光学分束组件、第一光强测试组件和控制处理终端；

所述光谱仪包括滤光阵列和第三光强测试组件；

所述光学分束组件分出的第一入射光入射至所述第一光强测试组件内，以使所述第一光强测试组件拍摄获取第一入射光图像，或所述第一光强测试组件获取第一入射光的光功率；

所述光学分束组件分出的第二入射光垂直入射所述光谱仪内的滤光阵列后入射至所述第三光强测试组件内，以使所述第三光强测试组件拍摄获取垂直入射所述光谱仪内的第二入射光的第二入射光图像；

所述光谱仪与所述控制处理终端通信连接，所述第三光强测试组件将其拍摄获取的第二入射光图像以及第三光强测试组件拍摄获取所述第二入射光图像时的第三曝光时间通过所述光谱仪反馈至所述控制处理终端，所述第一光强测试组件将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述控制处理终端利用其获取的所述光谱仪反馈的信息和所述第一光强测试组件反馈的信息，拟合得到光谱仪内滤光阵列的透射率函数。

本申请实施例提供的光谱仪校准装置的有益效果与上述滤光阵列校准装置的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请实施例滤光阵列校准装置的结构示意图；

图2为本申请实施例光谱仪校准装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、光源输出组件；200、光学分束组件；300、第一光强测试组件；400、第二光强测试组件；500、滤光阵列；610、第一透镜；620、第二透镜；700、光谱仪；

110、发光件；120、单色光生成组件；130、准直光组件；140、第一光学元件。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在相关技术中，在计算获得阵列型光谱仪的初始入射光谱信号光强I[λ_i]时，需要使用滤光片阵列的透射率函数T_j[λ_i]，然而，通常使用的滤光阵列的透射率函数T_j[λ_i]为理论已知量，但是由于滤光阵列存在加工工艺的误差，环境的变化，装配的精度等问题，阵列型光谱仪中滤光阵列的实际透射率函数与理论值之间存在较大误差，进而影响阵列型光谱仪检测的准确性。

有鉴于此，本申请实施例通过设置滤光阵列校准装置，以对滤光阵列的透射率函数进行校准，以增加滤光阵列透射率函数的准确性；本申请实施例通过设置光谱仪校准装置，以对光谱仪内滤光阵列的透射率函数进行校准，以增加光谱仪检测的准确性。其中光谱仪校准装置和滤光阵列校准装置的原理相同，其都是通过光学分束组件将入射准直光分为两束，其中一束入射至第一光强测试组件内，第一光强测试组件获取第一入射光图像或第一入射光的光功率，另一束垂直入射滤光阵列入射至第二光强测试组件内，第二光强测试组件获取第二入射光图像，对于光谱仪，则入射至光谱仪自身配置的第三光强测试组件内，第三光强测试组件获取第二入射光图像，获取的第一入射光图像或第一入射光的光功率及第二入射光图像通过控制处理终端处理分析，以获得校准后的透射率函数。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例滤光阵列校准装置的结构示意图。其中，图1中所示的箭头为光传输的路径。

如图1所示，本申请实施例提供的滤光阵列校准装置包括用于输出单色准直光的光源输出组件100和将光源输出组件100输出的单色准直光分为多束的光学分束组件200，以及第一光强测试组件300、第二光强测试组件400和控制处理终端。光学分束组件200分出的多束光包括第一入射光和第二入射光，第一入射光入射至第一光强测试组件300内，第一光强测试组件300拍摄获取第一入射光的第一入射光图像，或第一光强测试组件300获取第一入射光的光功率，也就是说，第一光强测试组件300可以为两种方案，一种为第一光强测试组件拍摄获取第一入射光的第一入射光图像，另一种为第一光强测试组件获取第一入射光的光功率，这两种方案均可以用于计算滤光阵列的透射率函数。第二入射光垂直入射待校准的滤光阵列500后入射至第二光强测试组件400内，第二光强测试组件400拍摄获取垂直入射待校准滤光阵列500的第二入射光的第二入射光图像。

第一光强测试组件300和第二光强测试组件400分别与控制处理终端通信连接，以使第一光强测试组件300将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至控制处理终端，第二光强测试组件400将获取的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第二曝光时间反馈至控制处理终端，控制处理终端利用获取的信息拟合得到较为准确的滤光阵列500的透射率函数，以增加滤光阵列500透射率函数的准确性。也就是说，如果第一光强测试组件300为获取第一入射光的第一入射光图像的方案，那么第一光强测试组件300将其获取的第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至控制处理终端，控制处理终端结合拍摄每一第一入射光图像时的第一曝光时间和拍摄每一第二入射光图像时的第二曝光时间，对获取的第一入射光图像和第二入射光图像进行处理后，拟合得到较为准确的滤光阵列500的透射率函数；如果第一光强测试组件300为获取第一入射光的光功率的方案，那么第一光强测试组件300将其获取的第一入射光的光功率反馈至控制处理终端，控制处理终端结合拍摄每一第二入射光图像时的第二曝光时间，对获取的第一入射光的光功率和第二入射光图像进行处理后，拟合得到较为准确的滤光阵列500的透射率函数。

在本实施例中，光学分束组件200将光源输出组件100输出的单色准直光分为两束，分别为第一入射光和第二入射光，其中，光学分束组件200可以选用相同比例对入射光进行分束，也可以选用不同比例对入射光进行分束。优选的，光学分束组件200分出的光强较大的光形成第二入射光，光强较小的光形成第一入射光。例如，光学分束组件200可以选用9：1对入射光进行分束，即有10％能量的光形成第一入射光，90％能量的光形成第二入射光。

在本申请的一些实施例中，控制处理终端对相同波长下的第一入射光图像和第二入射光图像的处理方式为：控制处理终端提取第一入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第一入射光图像时的第一曝光时间，获得第一入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，以及提取第二入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第二入射光图像时的第二曝光时间，获得第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，然后将第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值除以第一入射光图像中对应像素点的绝对灰度值，获得该波长下滤光阵列500的每个单元的相对透射率，该波长下滤光阵列500的每个单元的相对透射率组合形成该波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵。第一光强测试组件300逐一获取所有波长(光源输出组件100的输出波长范围、步长以及带宽均为已预设)下的第一入射光图像，第二光强测试组件400逐一获取所有对应波长下的第二入射光图像，控制处理终端对所有波长下的第一入射光图像和第二入射光图像的处理进行处理，以获得所有波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵，控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率矩阵进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数。

在本申请的一些实施例中，控制处理终端对相同波长下的第一入射光的光功率和第二入射光图像的处理方式为：控制处理终端提取第二入射光图像中每个像素点的灰度值，第二入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第二入射光图像时的第二曝光时间，获得第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值除以第一入射光的光功率，获得该波长下滤光阵列500的每个单元的相对透射率，该波长下滤光阵列500的每个单元的相对透射率组合形成该波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵。第一光强测试组件300逐一获取所有波长(光源输出组件100的输出波长范围、步长以及带宽均为已预设)下的第一入射光的光功率，第二光强测试组件400逐一获取所有对应波长下的第二入射光图像，控制处理终端对所有波长下的第一入射光的光功率和第二入射光图像的处理进行处理，以获得所有波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵，控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率矩阵进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数。

在本申请的一些实施例中，光源输出组件100包括用于输出预设带宽和波长的单色光的单色光输出组件和用于将单色光输出组件输出的单色光准直的准直光组件130，也就是说，光源输出组件100输出的单色准直光为具有固定带宽和准确波长的单色准直光。

可选的，单色光输出组件包括发光件110和单色光生成组件120，发光件110发出的光入射至单色光生成组件120内，单色光生成组件120对入射至单色光生成组件120的光进行分光后输出预设带宽和波长的单色光，也就是说，单色光生成组件120输出什么样的光是可调的，其能够通过指令输出设定带宽和波长的单色光。其中，发光件110为宽谱发光元件，发光件110包括卤素灯、氙灯、离子灯和LED灯中的一种或多种，发光件110的选择可根据滤光阵列500所需的校准波范围来定，可选的，发光件110发出光的波长范围大于等于滤光阵列500所需的校准波长范围，即发光件110发出光的波长范围要涵盖滤光阵列500所需的校准波长范围。

在本申请的一些实施例中，单色光生成组件120包括入口狭缝、色散元件、反射镜、透镜和出口狭缝，发光件110发出的光自入口狭缝处入射至单色光生成组件120中，入射至单色光生成组件120内的光经过透镜反射、色散元件衍射和反射镜反射后生成具有预设波长的单色光，单色光经出口狭缝输出，其中，单色光生成组件120生成预设波长的单色光的过程及顺序不限于透镜反射、色散元件衍射和反射镜反射，其可以经过多次透镜反射或者多次反射镜反射等，其反射、衍射的顺序也可以打乱重排，其只要能够输出预设波长的单色光即可。可选的，色散元件包括光栅或棱镜，即色散元件需要对光具有衍射的作用。

在本申请的一些实施例中，准直光组件130包括准直透镜、球面透镜、非球面透镜和平凸透镜中的一种或多种，准直光组件130能够对单色光生成组件120输出的单色光准直。可选的，准直光组件130包括单色光入射端，单色光输出组件输出的单色光自单色光入射端入射至准直光组件130内，单色光入射端设置有用于使单色光输出组件输出的光均匀的入射至准直光组件130内的第一光学元件140，单色光均匀的入射至准直光组件130内，进而实现准直光组件130能够输出分布均匀的准直光，分布均匀的准直光经光学分束组件200分束后入射至第一光强测试组件300和第二光强测试组件400内，以使获取的滤光阵列500的透射率函数更加精确。

在本实施例中，单色光生成组件120包括单色仪，准直光组件130包括准直器或准直镜，第一光学元件140为白色扩散玻璃。可选的，发光件110、单色光生成组件120、准直光组件130和第一光学元件140组装于壳体内。

在本申请的一些可能的实施例中，光源输出组件100还包括光阑，光阑设置于单色光输出组件与准直光组件130之间，光阑用于调节光斑有效面积，本申请实施例的滤光阵列校准装置在使用时，应满足，第一光强测试组件用于拍摄获取第一入射光图像时，第一光强测试组件和第二光强测试组件的有效探测面积至少覆盖滤光阵列500的有效面积，入射光斑的有效区域的面积至少覆盖滤光阵列500的有效面积；第一光强测试组件用于获取第一入射光的光功率时，第二光强测试组件的感光区域至少覆盖入射光斑的有效区域，第二光强测试组件的有效探测面积至少覆盖滤光阵列500的有效面积，入射光斑的有效区域的面积至少覆盖滤光阵列500的有效面积。在滤光阵列校准装置中加入光阑，可以根据待测滤光阵列500及第一光强测试组件300和第二光强测试组件400的参数，调节入射光斑的有效面积。可选的，光阑可以选择电控光阑元件，光阑与控制处理终端通信连接，控制处理终端控制光阑的出光孔径，从而调节光斑的有效面积。在本申请的一些实施例中，光学分束组件200包括分束镜，分束镜将光源输出组件100输出的单色准直光分为两束，其中一束为第一入射光，另一束为第二入射光，第一入射光与第二入射光垂直，也就是说分束镜将光源输出组件100输出的单色准直光分为两束相互垂直的单色准直光，其中一束入射至第一光强测试组件300，另一束入射至第二光强测试组件400。

在本申请的一些实施例中，当第一光强测试组件300设置为用于获取第一入射光图像时，也就是说，第一光强测试组件300采用获取第一入射光的第一入射光图像的方案时，第一光强测试组件300包括第一成像测试装置，第二光强测试组件400包括第二成像测试装置，其中，第一成像测试装置和第二成像测试装置均包括感光元件，感光元件为相机的核心元件。可选的，第一成像测试装置包括第一相机，第一相机拍摄图像的曝光时间为第一曝光时间，可选的，第一成像测试装置为CCD(电荷耦合器件，英文全称为charge coupleddevice)相机或CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称为Complementary Metal OxideSemiconductor)相机。可选的第二成像测试装置包括第二相机，第二相机拍摄图像的曝光时间为第二曝光时间，可选的，第二成像测试装置为CCD相机或CMOS相机。可选的，滤光阵列500校准时，滤光阵列500设置于光学分束组件200和第二光强测试组件之间，滤光阵列500与第二光强测试组件之间设置有至少一个透镜，在本实施例中，透镜设置为两个，分别为第一透镜610和第二透镜620。

在本申请的一些实施例中，当第一光强测试组件300用于获取第一入射光的光功率时，也就是说，第一光强测试组件300采用获取第一入射光的光功率的方案时，第一光强测试组件300包括光功率计，光功率计用于检测第一入射光的光功率并反馈至控制处理终端。

在本申请的一些实施例中，控制处理终端包括数据处理系统和控制系统，光源输出组件100、第一光强测试组件300、第二光强测试组件400和数据处理系统分别与控制系统通信连接，控制系统控制光源输出组件、第一光强测试组件和第二光强测试组件的开闭以及工作参数设定，并采集光源输出组件、第一光强测试组件和第二光强测试组件反馈的信息，数据处理系统获取控制系统采集的信息并对获取的信息进行处理。可选的，控制系统包括LabVIEW控制模块，数据处理系统包括Python处理模块或MATLAB处理模块。

在申请实施例的滤光阵列校准装置的使用方法如下：

获取以下参数：滤光阵列500校准所需要的光的波长范围以及该滤光阵列500应用的光谱仪的分辨率，滤光阵列500的尺寸和发光件110的发光波长范围，其中，该滤光阵列500应用的光谱仪的分辨率是指先获取该滤光阵列500所要应用的光谱仪型号，然后根据其所应用的光谱仪型号获取光谱仪的分辨率，根据上述获取的参数信息以及校准需求在控制处理终端上设定光源输出组件100的输出波长范围、步长及带宽，设置完成后开启滤光阵列校准装置的校准程序，控制系统根据校准程序，控制单色光生成组件120从发光件110可用波长最小值或滤波阵列工作范围波长最小值开始，按设定步长逐一输出指定带宽、波长的单色光。第一光强测试组件300获取每一波长下对应的第一入射光图像以及拍摄获取第一入射光图像时的第一曝光时间自动反馈至控制处理终端，或第一光强测试组件300获取每一波长下对应的第一入射光的光功率自动反馈至控制处理终端，第三光强测试组件获取每一波长下对应的第二入射光图像以及拍摄获取第二入射光图像时的第一曝光时间自动反馈至控制处理终端，控制处理终端对获取的信息进行处理以获得滤光阵列500的透射率函数。

例如，本实施例以氙灯作为发光件110，以单色仪作为单色光生成组件120，以准直器为准直光组件130，以分束镜为光学分束组件200，以第一CCD相机为第一成像测试装置，以第二CCD相机为第二成像测试装置，以LabVIEW控制模块为控制系统来控制滤光阵列校准装置，以Python处理模块为数据处理系统来处理采集到的数据。其中分束镜选用9：1对入射光进行分束，90％的光对滤光阵列500进行光谱校准，使用氙灯作为发光件110，连接单色仪；开启氙灯，开启单色仪，使用LabVIEW控制模块连接单色仪，自动化控制单色仪输出波长400-800nm的单色光，步长1nm，带宽1nm；单色光经过准直器后输出准直光，准直光经过分束镜分束后，其中一束入射至滤光阵列500后90％能量的光经过透镜至第二CCD相机，以使第二CCD相机采集数据，另一束10％能量的准直光入射至第一CCD相机，以使第一CCD相机采集数据，第一CCD相机和第二CCD相机采集的数据分别上传至LabVIEW控制模块上，Python处理模块获取LabVIEW控制模块采集的数据并对获取的数据进行处理后获得滤光阵列500的相对透射率函数，对滤光阵列500校准完成。

本申请实施例还提供了一种基于如上任一方案的滤光阵列校准装置的校准方法，该校准方法包括两种方案。

第一种方案，当第一光强测试组件300采用拍摄获取第一入射光的第一入射光图像的方案时，滤光阵列500的校准方法包括如下步骤：

光源输出组件100输出的单色准直光经光学分束组件200分束后，第一入射光入射至第一光强测试组件300内，第二入射光垂直入射待校准的滤光阵列500后入射至第二光强测试组件400内。

第一光强测试组件300拍摄获取每一波长下对应的第一入射光图像以及拍摄所述第一入射光图像时的第一曝光时间，并反馈至控制处理终端，第二光强测试组件400拍摄获取每一波长下对应的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第二曝光时间，并反馈至控制处理终端。

控制处理终端结合拍摄每一第一入射光图像时的第一曝光时间和拍摄每一第二入射光图像时的第二曝光时间，对比每一波长下的第二入射光图像和第一入射光图像，以获得每一波长下的滤光阵列500的相对透射率，相同波长下的第二入射光图像和第一入射光图像的对比方法为：控制处理终端提取第一入射光图像中每个像素点的灰度值，以及提取第二入射光图像中每个像素点的灰度值，第一入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第一入射光图像时的第一曝光时间，获得第一入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，第二入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第二入射光图像时的第二曝光时间，获得第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值除以第一入射光图像中对应像素点的绝对灰度值，获得该波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵。

控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数，透射率函数的获取方法为：控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率矩阵进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数。

第二种方案，当第一光强测试组件300采用获取第一入射光的光功率的方案时，滤光阵列500的校准方法包括如下步骤：

光源输出组件100输出的单色准直光经光学分束组件200分束后，第一入射光入射至第一光强测试组件300内，第二入射光垂直入射待校准的滤光阵列500后入射至第二光强测试组件400内。

第一光强测试组件300获取每一波长下对应的第一入射光的光功率，并反馈至控制处理终端，第二光强测试组件400拍摄获取每一波长下对应的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第二曝光时间，并反馈至控制处理终端。

控制处理终端结合拍摄每一第二入射光图像时的第二曝光时间，对比每一波长下的第二入射光图像和第一入射光的光功率，以获得每一波长下的滤光阵列500的相对透射率，相同波长下的第二入射光图像和第一入射光的光功率的对比方法为：控制处理终端提取第二入射光图像中每个像素点的灰度值，第二入射光图像中每个像素点的灰度值除以拍摄第二入射光图像时的第二曝光时间，获得第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值，第二入射光图像中每个像素点的绝对灰度值除以第一入射光的光功率，获得该波长下滤光阵列500的相对透射率矩阵。

控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数，透射率函数的获取方法为：控制处理终端通过对所有波长下的滤光阵列500的相对透射率矩阵进行数据拟合，获得滤光阵列500的透射率函数。

实施例二

图2为本申请实施例光谱仪校准装置的结构示意图。其中，图2中所示的箭头为光传输的路径。

如图2所示，本申请实施例提供了一种光谱仪校准装置，该光谱仪校准装置包括实施例一滤光阵列校准装置中任一方案提及的光源输出组件100、光学分束组件200、第一光强测试组件300和控制处理终端，也就是说，本申请实施例中光谱仪校准装置与滤光阵列校准装置的区别在于第二光强测试组件，即光谱仪校准装置中不包含第二光强测试组件，第二光强测试组件被光谱仪700取代。具体的，光谱仪700包括滤光阵列500和第三光强测试组件，其中，第三光强测试组件包括第三相机，第三相机拍摄图像的曝光时间为第三曝光时间。光学分束组件200分出第一入射光入射至第一光强测试组件300内，以使第一光强测试组件300拍摄获取第一入射光图像，或所述第一光强测试组件获取第一入射光的光功率；光学分束组件200分出的第二入射光垂直入射光谱仪700内的滤光阵列500后入射至第三光强测试组件内，以使第三光强测试组件拍摄获取垂直入射至光谱仪700内的第二入射光的第二入射光图像。

光谱仪700与控制处理终端通信连接，第三光强测试组件将其拍摄获取的第二入射光图像以及第三光强测试组件拍摄获取所述第二入射光图像时的第三曝光时间通过光谱仪700反馈至控制处理终端，第一光强测试组件将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至所述控制处理终端，控制处理终端利用其获取的光谱仪700反馈的信息和第一光强测试组件反馈的信息，拟合得到光谱仪700内滤光阵列500的透射率函数。其中，控制处理终端处理数据的方法与实施例一滤光阵列校准装置中的控制处理终端处理数据的方法相同，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种基于如上任一方案的光谱仪校准装置的校准方法，该校准方法与滤光阵列500装置的校准方法相同，也包括两种方案。

第一种方案，当第一光强测试组件300采用获取第一入射光的第一入射光图像的方案时，光谱仪700的校准方法包括如下步骤：

光源输出组件100输出的单色准直光经光学分束组件200分束后，第一入射光入射至第一光强测试组件300内，第二入射光入射至光谱仪700内的滤光阵列500后入射至第三光强测试组件内。

第一光强测试组件300获取每一波长下对应的第一入射光图像以及拍摄所述第一入射光图像时的第一曝光时间，并反馈至控制处理终端，第三光强测试组件获取每一波长下对应的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第三曝光时间，并反馈至控制处理终端。

控制处理终端获取信息后对其获取的信息进行处理，其中，控制处理终端处理数据的方法与实施例一中控制处理终端的控制处理终端处理数据的方法相同，在此不再赘述。

第二种方案，当第一光强测试组件300采用获取第一入射光的光功率的方案时，光谱仪700的校准方法包括如下步骤：

光源输出组件100输出的单色准直光经光学分束组件200分束后，第一入射光入射至第一光强测试组件300内，第二入射光入射至光谱仪700内的滤光阵列500后入射至第三光强测试组件内。

第一光强测试组件300获取每一波长下对应的第一入射光的光功率，并反馈至控制处理终端，第三光强测试组件获取每一波长下对应的第二入射光图像以及拍摄所述第二入射光图像时的第三曝光时间，并反馈至控制处理终端。

控制处理终端获取信息后对其获取的信息进行处理，其中，控制处理终端处理数据的方法与实施例一中控制处理终端处理数据的方法相同，在此不再赘述。

本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (20)

1.一种滤光阵列校准装置，其特征在于，包括：

光源输出组件，所述光源输出组件用于输出单色准直光；

光学分束组件，所述光学分束组件将所述光源输出组件输出的单色准直光分为多束，所述光学分束组件分出的多束光包括第一入射光和第二入射光；

第一光强测试组件，所述第一入射光入射至所述第一光强测试组件内，以使所述第一光强测试组件拍摄获取第一入射光图像，或所述第一光强测试组件获取第一入射光的光功率；

第二光强测试组件，所述第二入射光垂直入射待校准的滤光阵列后入射至所述第二光强测试组件内，以使所述第二光强测试组件拍摄获取垂直入射待校准滤光阵列的第二入射光的第二入射光图像；

控制处理终端，所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件分别与所述控制处理终端通信连接，以使所述第一光强测试组件将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述第二光强测试组件将获取的第二入射光图像以及拍摄获取所述第二入射光图像时的第二曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述控制处理终端利用获取的信息拟合得到待校准滤光阵列的透射率函数。

2.根据权利要求1所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述光源输出组件包括用于输出预设带宽和波长的单色光的单色光输出组件和用于将所述单色光输出组件输出的单色光准直的准直光组件。

3.根据权利要求2所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述单色光输出组件包括发光件和单色光生成组件，所述发光件发出的光入射至所述单色光生成组件内，所述单色光生成组件对入射至所述单色光生成组件的光进行分光后输出预设带宽和波长的单色光。

4.根据权利要求3所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述发光件为宽谱发光元件，包括卤素灯、氙灯、离子灯和LED灯中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述单色光生成组件包括入口狭缝、色散元件、反射镜、透镜和出口狭缝，所述发光件发出的光自所述入口狭缝处入射至所述单色光生成组件中，入射至所述单色光生成组件内的光经过所述透镜反射、所述色散元件衍射和所述反射镜反射后生成具有预设波长的单色光，所述单色光经所述出口狭缝输出。

6.根据权利要求5所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述色散元件包括光栅或棱镜。

7.根据权利要求3所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述单色光生成组件包括单色仪。

8.根据权利要求2所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述准直光组件包括准直透镜、球面透镜、非球面透镜和平凸透镜中的一种或多种。

9.根据权利要求2所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述准直光组件包括准直器或准直镜。

10.根据权利要求2所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述准直光组件包括单色光入射端，所述单色光输出组件输出的单色光自所述单色光入射端入射至所述准直光组件内，所述单色光入射端设置有用于使所述单色光输出组件输出的光均匀的入射至所述准直光组件内的第一光学元件。

11.根据权利要求10所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述第一光学元件为白色扩散玻璃。

12.根据权利要求2所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述光源输出组件还包括光阑，所述光阑设置于所述单色光输出组件与所述准直光组件之间。

13.根据权利要求1所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述光学分束组件包括分束镜，所述分束镜将所述光源输出组件输出的单色准直光分为两束，其中一束为第一入射光，另一束为第二入射光，所述第一入射光与所述第二入射光垂直。

14.根据权利要求1所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，当所述第一光强测试组件设置为用于获取第一入射光图像时，所述第一光强测试组件包括第一成像测试装置；

所述第二光强测试组件包括第二成像测试装置；

所述第一成像测试装置和所述第二成像测试装置均包括感光元件。

15.根据权利要求14所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述第一成像测试装置为CCD相机或CMOS相机，所述第二成像测试装置为CCD相机或CMOS相机。

16.根据权利要求14所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述滤光阵列校准时，所述滤光阵列设置于所述光学分束组件和所述第二光强测试组件之间，所述滤光阵列与所述第二光强测试组件之间设置有至少一个透镜。

17.根据权利要求1所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，当所述第一光强测试组件用于获取第一入射光的光功率时，所述第一光强测试组件包括光功率计。

18.根据权利要求1-17任一项所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述控制处理终端包括控制系统和数据处理系统，所述光源输出组件、所述第一光强测试组件、所述第二光强测试组件和所述数据处理系统分别与所述控制系统通信连接，所述控制系统控制所述光源输出组件、所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件运作，并采集所述光源输出组件、所述第一光强测试组件和所述第二光强测试组件反馈的信息，所述数据处理系统获取所述控制系统采集的信息并对获取的信息进行处理。

19.根据权利要求18所述的滤光阵列校准装置，其特征在于，所述控制系统包括LabVIEW控制模块，所述数据处理系统包括Python处理模块或MATLAB处理模块。

20.一种光谱仪校准装置，其特征在于，包括如权利要求1-19任一项所述的滤光阵列校准装置中的光源输出组件、光学分束组件、第一光强测试组件和控制处理终端；

所述光谱仪包括滤光阵列和第三光强测试组件；

所述光学分束组件分出的第一入射光入射至所述第一光强测试组件内，以使所述第一光强测试组件拍摄获取第一入射光图像，或所述第一光强测试组件获取第一入射光的光功率；

所述光学分束组件分出的第二入射光垂直入射所述光谱仪内的滤光阵列后入射至所述第三光强测试组件内，以使所述第三光强测试组件拍摄获取垂直入射所述光谱仪内的第二入射光的第二入射光图像；

所述光谱仪与所述控制处理终端通信连接，所述第三光强测试组件将其拍摄获取的第二入射光图像以及第三光强测试组件拍摄获取所述第二入射光图像时的第三曝光时间通过所述光谱仪反馈至所述控制处理终端，所述第一光强测试组件将其获取的第一入射光的光功率或第一入射光图像以及拍摄获取所述第一入射光图像时的第一曝光时间反馈至所述控制处理终端，所述控制处理终端利用其获取的所述光谱仪反馈的信息和所述第一光强测试组件反馈的信息，拟合得到光谱仪内滤光阵列的透射率函数。

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