渐变滤光片快速光谱测试方法及系统与流程

1.本发明涉及渐变滤光片检测领域，尤其涉及渐变滤光片快速光谱测试方法。


背景技术：

2.传统的光谱分光技术采用棱镜、光栅作为分光器件，其结构相对复杂，成为小型化、轻量化设计的瓶颈。线性渐变滤光片是一种新型的色散元件，采用光学薄膜的手段实现了高度集成化的色散功能，可以极大的优化光谱分光系统的结构，在小型化、集成化设计中具有明显的优势。线性渐变滤光片(lvf)是指在滤光片的渐变方向上每一不同的位置对应线性变化中心波长的滤光片。线性渐变滤光片具有超高集成度，根据设计需求可以任意调整工作谱段内的分光系数，相比于传统的分光器件而言又具有较高的分光效率，因此为轻量化、集成化光学系统的设计提供了新的思路。
3.线性渐变滤光片作为一种阵列化光谱分光器件，其色散单元的光谱特性是其重要功能特性之一，现有对线性渐变滤光片光谱特性的测试主要采用分光光度计测试方法，首先按照一定的采样方案在渐变滤光片的使用范围内设置采样点位，然后将线性渐变滤光片夹持安装在空间可调节平台上，通过调节线性渐变滤光片在测试光路中的位置对各个采样点进行分别测试，最后形成整个滤光片靶面的光谱特性分布。这种测试方法存在多种弊端。为了获得较高的测试空间分布信息，需要尽可能细的划分测试点位，由于需要对所有的测试点进行遍历测试，因此所需要的测试周期特别长，测试工作量极大。另外渐变滤光片对采样光斑的尺寸要求极高，采样光斑过大会导致光谱均化效果，使测试结果不能反应真实的滤光片光谱信息。


技术实现要素：

4.为了能方便快速的实现渐变滤光片光谱测试方法，本发明采用以下技术方案：
5.渐变滤光片快速光谱测试系统，包括单色光输出单元、渐变滤光片、ccd相机、计算机；
6.单色光输出单元用于输出单色光束至渐变滤光片上；
7.渐变滤光片固定在ccd相机，且渐变滤光片与ccd保持平行，ccd相机获取光强信息且将光强信号传输到计算机；
8.计算机用于对光强信号进行处理获得透射光谱信息。
9.具体的，单色光输出单元包括宽光谱光源以及单色仪组成的单色光系统或可调谐激光器，宽光谱光源提供测试照明信号的光束，单色仪对光束进行调制分光；
10.具体的，ccd相机中的ccd包括各种阵列式感光器件。
11.渐变滤光片快速光谱测试方法，应用上述渐变滤光片快速光谱测试系统，包括以下步骤：
12.步骤s1：关闭单色光输出单元，无光照条件下采集系统暗背景信号id；
13.步骤s2：在ccd相机上除去渐变滤光片，单色光直射到ccd相机上，控制单色光输出
单元中的单色仪，遍历所要测试的光谱范围，通过计算机获得光谱范围内各个波长的单色光照射下的亮背景信号图像ir(λ)；
14.步骤s3：在ccd相机上安装渐变滤光片，单色光直射到渐变滤光片后再传输至ccd相机上，控制单色光输出单元中的单色仪遍历所要测试的光谱范围，获得光谱范围内各个波长的单色光照射下的测试光信号图像is(λ)；
15.步骤s4：计算机通过信号噪声抑制算法对id、ir(λ)、is(λ)进行降噪处理，将处理好的信号通过光谱特性算法进行处理后获得透射光谱信息。
16.具体的，信号噪声抑制算法包括移动平均法、savitzky-golay法、中值滤波法等中的一种或多种组合。
17.具体的，步骤s4中，将处理好的信号通过光谱特性算法进行处理后获得透射光谱信息的过程为：提取出各图像中第(i，j)像元的信号强度随波长λ的变化值，i
d，ij
、i
r，ij
(λ)、i
s，ij
(λ)，通过光谱计算方程计算得到第(i，j)像元的透过率t
ij
(λ)，根据t
ij
(λ)绘制随波长变化的透过率谱图；其中，t
ij
(λ)的计算公式如下：
18.t
ij
(λ)＝(i
s，ij
(λ)-i
d，ij
)/(i
r，ij
(λ)-i
d，ij
)
19.本发明提出的快速光谱测试系统及方法，通过平行光照射滤光片表面，透射光可以一一对应投影到ccd相机上，从而实现ccd相机以探测器像元为单位对透射光进行采样分析计算，通过一次测试就可以获得每个像元对应位置的光谱透射信息，测试速度块，空间位置分辨率高。另外，由于测试光束为平行光入射，单个像元的采样范围即对应滤光片上的采样口径，这样采样口径可以精确到微米量级，可以有效提高测试光谱的空间分辨率。
附图说明
20.图1是渐变滤光片快速光谱测试系统的结构示意图；
21.图2是渐变滤光片快速光谱测试系统中扭杆弹簧组件的结构示意图；
22.附图标记：1装夹机构；2ccd；3渐变滤光片。
具体实施方式
23.下面结合图1至图2对本发明做进一步说明。
24.渐变滤光片快速光谱测试系统，包括单色光输出单元、渐变滤光片、ccd相机、计算机；
25.(1)单色光输出单元用于输出单色光束至渐变滤光片上。其中单色光输出单元包括宽光谱光源以及光栅式单色仪组成的单色光系统，宽光谱光源提供测试照明信号的光束，光栅式单色仪对光束进行调制分光。光栅式单色仪具备光谱调制选择功能，光束由宽光谱光源发出入射到光栅式单色仪内，对于光栅式单色仪，光束以一定角度照射到光栅表面，在不同的反射角上会获得不同波长的反射光，通过狭缝的选择，就可以获得所需的单色光束。通过选取不同反射角上的光信号可以获得单色平行光输出。
26.(2)渐变滤光片通过装夹结构固定在ccd相机，且渐变滤光片表面与ccd感光面保持平行，ccd相机获取光强信息且将光强信号传输到计算机，且ccd相机中的ccd包括各种阵列式感光器件。测试平行光垂直照射到渐变滤光片上，光束透过渐变滤光片投影照射到ccd感光面上。滤光片光谱通道同ccd感光面上的像元一一对应，每个像元上接收到的光信号为
对应光谱通道的透过信号。
27.(3)计算机用于对光强信号进行处理获得透射光谱信息，其中信号处理的方法包括信号预处理方法和光谱计算方法。
28.渐变滤光片快速光谱测试方法，应用上述渐变滤光片快速光谱测试系统。接下来以600-800nm渐变滤光片为例详细说明该测试系统的具体实施方式。
29.首先选择卤素灯作为测试光源，卤素灯具有较宽的光谱发射范围，可以覆盖600nm-800nm光谱测试范围，并且在该光谱范围内可以获得持续稳定高功率的光强输出。
30.将宽光谱光源安装固定在光栅单色仪输入接口上，调节宽光谱光源的安装方位，使照明光获得最大的利用效率。将ccd相机固定在测试平台上，调整相机的安装位置，使得ccd靶面可以完全被照明光束覆盖。检查测试光路，确认照明及测试光路符合测试需求，计算机系统连接单色仪和相机，初始化系统。
31.测试包括以下步骤：
32.步骤s1：关闭单色光输出单元，无光照条件下采集系统暗背景信号id；实际测试中，可根据需要调节测试相机的积分时间和增益，以获得稳定的测试信号。
33.步骤s2：在ccd相机上除去渐变滤光片，单色光直射到ccd相机上，控制单色光输出单元中的单色仪，遍历所要测试的光谱范围，通过计算机获得光谱范围内各个波长的单色光照射下的亮背景信号图像ir(λ)；
34.步骤s3：在ccd相机上安装渐变滤光片，单色光直射到渐变滤光片后再传输至ccd相机上，控制单色光输出单元中的单色仪遍历所要测试的光谱范围，获得光谱范围内各个波长的单色光照射下的测试光信号图像is(λ)；
35.步骤s4：计算机通过信号噪声抑制算法分对id、ir(λ)、is(λ)进行降噪处理，其中，信号噪声抑制算法包括移动平均法、savitzky-golay法、中值滤波法等中的一种或多种组合。将处理好的信号通过光谱特性算法进行处理后获得透射光谱信息。
36.将处理好的信号通过光谱特性算法进行处理后获得透射光谱信息的过程为：提取出各图像中第(i，j)像元的信号强度随波长λ的变化值，id，ij、ir，ij(λ)、is，ij(λ)，通过光谱计算方程计算得到第(i，j)像元的透过率tij(λ)，根据tij(λ)绘制随波长变化的透过率谱图；其中，tij(λ)的计算公式如下：
37.tij(λ)＝(is，ij(λ)-id，ij)/(ir，ij(λ)-id，ij)
38.本发明提出的快速光谱测试系统及方法，通过平行光照射滤光片表面，透射光可以一一对应投影到ccd相机上，从而实现ccd相机以探测器像元为单位对透射光进行采样分析计算，通过一次测试就可以获得每个像元对应位置的光谱透射信息，测试速度块，空间位置分辨率高。另外，由于测试光束为平行光入射，单个像元的采样范围即对应滤光片上的采样口径，这样采样口径可以精确到微米量级，可以有效提高测试光谱的空间分辨率。
39.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。