一种基于滤光单元的光辐射测量方法及其装置的制造方法
【专利说明】-种基于滤光单元的光福射测量方法及其装置 【技术领域】
[0001] 本发明属于光福射测量领域，具体涉及一种基于滤光单元的光福射测量方法及其 装置。 【【背景技术】】
[0002] 现有的光福射测量主要包括两种途径，一种是通过测量待测目标的光谱功率分 布，来获得光度色度量值；另一种是利用光电探测器与特征滤色片组合构成各种特征响应 函数（如CIE Η刺激值匹配函数、（明视觉/暗视觉/中间视觉）人眼光谱光视效率函数 等），获得待测目标的光度量和Η刺激值等，从而计算出颜色等参数。相对于精确测量待测 目标的光谱功率分布的技术方案，使用滤色片与光电探测器组合的光电探测系统显然在测 量时间和成本上更有优势。
[0003] 传统的利用光电探测器和滤色片组合对待测目标进行测量主要包括W下几种方 法：
[0004] (1)在探测器（如娃光电池、黑白CCD等）前设置依次切入大量窄带滤色片（W 380nm-780nm的可见光为例，为得到lOnm精度，至少需要40个透光波段为lOnm的窄带滤色 片），探测器分别接收不同窄带下的响应值，将多个响应值整合，从而实现探测波段内光谱 功率分布的测量，再利用光谱功率分布获得各种光色度量值。该方法需要大量窄带滤色片 相互切换，不仅成本高，且装置复杂、操作繁琐、耗时长。
[0005] (2)在探测器（如娃光电池、黑白CCD等）前分别设置具有不同光谱响应特性的滤 色片，探测器本身的响应函数与不同滤色片构成不同的组合光谱响应函数，W实现不同光 色度量值的测量。该方法无法得到待测目标的光谱功率分布，且受制于工艺、环境、成本等 多方面因素，探测器与滤色片组合构成的实际光谱响应函数与理论响应函数（如CIE Η刺 激值光谱响应函数）的差异较大，导致测量准确度低，不能用于要求更高的精确测量领域。
[0006] 此外，公告号为CN201464052U还公开了一种基于彩色CCD的多谱色福射测温装 置，通过在彩色CCD前设置一个Η通道窄带光谱透过率响应特性的滤色片，上述的Η个窄 带光谱透过率响应具有红、绿、藍Η个单峰中必波长，测量时，光线通过该滤色片，即可同时 获取多路不同光谱的测量信号，实现色温的测量，可满足高温温度场的测量需求，但该方法 不能用于需要更多光谱测量的场合。
[0007] 总之，现有技术或者采用测试成本较高的光谱仪、或者测量准确度低、或者操作繁 琐、或者测试功能单一，无法兼具测量准确度高、功能强大、操作方便、成本低等效果。 【
【发明内容】
】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种快速、精确、适用范围广泛的光福射测 量方法及其装置，利用有限的校正滤光单元即可实现待测目标的光谱功率分布的高精度快 速测量，并基于测得的光谱功率分布W及理论特征响应函数，有效修正光电探测器实测响 应值与真值之间的偏差，实现不同响应值的准确测量。
[0009] 本发明通过W下技术方案实现：一种基于滤光单元的光福射测量方法，其特征在 于，包括一个或者多个探测单元、n(n > 2)种特征滤色单元、m(m > 2)个校正滤光单元，已 知探测单元和特征滤色单元的组合光谱响应W及校正滤光单元的透过率；在探测单元前设 置特征滤色单元和校正滤光单元，通过两者组合获得待测目标多个实测响应值；在待测波 段内选取一个或W上采样区域，根据对应的实测响应值表达式联立方程组，计算出待测波 段内的光谱功率分布。
[0010] 本发明通过在探测单元前设置特征滤色单元和校正滤光单元，待测目标在不同特 征滤色单元和不同校正滤光单元的组合作用下被探测单元接收，W获得待测目标的多个实 测响应值；由于实测响应值对应特定的待测波段，在待测波段内选取若干个采样区域，因 而上述实测响应值可通过校正滤光单元的透过率、探测单元和特征滤色单元的组合光谱响 应、W及采样区域的平均光谱功率的进行数学表达，再将上述不同实测响应值的数学表达 式联立方程，即可求解出各采样区域的平均功率，进而得到待测目标在待测波段内的光谱 功率分布。
[0011] 相比于仅在探测单元前设置特征滤色单元的现有技术，该技术方案在传统滤色单 元和探测单元组合的现有技术基础上，创新性地引入少量校正滤光单元，即可获得待测目 标的高精度光谱功率分布，并W此获得更高精度的特征响应值，无需传统光谱仪和其它复 杂配置，具有测量准确度高、操作简便、功能强大、成本低等特点。
[0012] 本发明还可通过W下技术方案进一步限定和完善：
[0013] 通过m个校正滤光单元的组合设置确定相应的待测波段，获得待测波段的光谱功 率分布的具体步骤如下：
[0014] la)在同一特征滤色单元下、一个或者多个校正滤光单元下获得待测目标的某一 实测响应值，在不同特征滤色单元的作用下，获得待测波段内η个实测响应值Ai、一Ak、…、 K ；
[001引Ic)在待巧峨段内选取w(l《w《n)个采样区域，选择W个实测响应值表达式联 立方程组，计算出采样区域的平均功率P ( λ 1)、…P ( λ 1)…、P ( λ J，即获得待测波段内的 光谱功率分布。
[0016] 在待测波段内，探测单元在经第k个特征滤色片的实测响应值表达式如下所示：
[0017]
巧
[0018] 其中Δ λι是第i个采样区域的范围，Ρ(λι)是第i个采样区域内的平均功率， Ik(Ai)是在Δ λι内第k个特征滤色单元和探测单元的组合光谱响应，τ (λι)是校正滤 光单元在Δ λι内的透过率。
[0019] 需要指出的是，可选取的采样区域的个数取决于特征滤色单元的数量，在待测波 段内选择的采样区域个数应小于或者等于特征滤色单元的数量，特征滤色单元的种类决定 了采样区域实测响应值表达式的个数，具体地，可见式（1)中的η。若选取的采样区域 大于特征滤色单元的数量，则未知数（采样区域的平均功率）的数量大于方程的数量，方程 组无法解出。
[0020] 在待测波段内，采样区间Δ λ 1和组合光谱响应Ι,(λ 1)可W有不同的选取方式。 A λ 1可W等间距或者非等间距选取，采样区域互不交叠且所有采样区域之和覆盖整个校 正波段。IkUi)则由特征滤色单元和探测单元的光谱响应函数结合得来，在Δ λι波段内， 一般为固定值，该固定值可W为特征滤色单元和探测单元在Δ λι波段内的光谱响 应函数的平均值，也可W为两者组合光谱响应函数某一点处的响应值，或者为组合光谱响 应函数的加权值。
[0021] W某一校正波段400nm - 440nm为例，包括4种特征滤色单元，在该待测波段内选 取4个采样区域（W = 4):
[0022] ?该4个采样区域可W等间距选取，分别为400nm -410nm、410nm-420nm、 420nm -430nm和 430nm -440nm，则 Δ 入 ι、Δ 入2、Δ 入3和 Δ 入4均为 10nm，P(入 i)、P(入2)、 P (入 3)和 P ( λ 4)分别是 400nm -410nm、410nm-420nm>420nm一430nm 和 430nm -440nm 的 平均光谱功率，而Ik ( λ 1)、Ik ( λ 2)、Ik ( λ 3)和Ik ( λ 4)分别是探测单元和特征滤色单元的组 合光谱响应在 400nm - 410nm、410nm - 420nm、420nm - 430nm 和 430nm - 440nm 的平均值。
[0023] ?该4个采样区域也可W非等间距选取，分别为400nm -404nm、404nm-412