滤光片阵列排列方法、光谱传感器、物质检测设备及方法与流程

本发明涉及图像传感，尤其涉及一种滤光片阵列排列方法、光谱传感器、物质检测设备及方法。

背景技术：

1、图像传感器的性能直接反映了图像再现的性能，而图像传感器中滤光片阵列对应的各滤光片的排列方式是影响图像再现性能的关键因素。

2、目前，在多光谱滤光片阵列中，各滤光片按照波长递增或者递减的顺序排列，这种排列方式将导致光强在空间位置上分布不均匀时，尤其是对呈现高斯分布的光束时的强度检测错误。由于光强在空间位置上分布不均匀，导致使用多光谱滤波片阵列时难以准确测量多波长入射光的能量，从而影响对目标物检测的准确性。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种滤光片阵列排列方法、光谱传感器、物质检测设备及方法，旨在解决现有技术中将滤光片阵列应用于物质检测系统时由于难以准确测量多波长入射光的能量，导致对物质检测不准确的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种滤光片阵列排列方法，包括：确定入射光束的光斑形状；根据入射光束的光斑形状呈现的光强度分布，划分不同的光斑区域，每个光斑区域包括相同光强度，各光斑区域的光强度不同；针对各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列。

3、在一实施例中，确定入射光束的光斑形状，包括：基于光源确定入射光束的类别信息，根据类别信息确定入射光束的光斑。

4、在一实施例中，入射光束为能量分布不均匀的非均匀光束。

5、在一实施例中，入射光束包括：高斯光束、顶帽光束、多模光束、斑点光束、环形光束或者自由空间衍射光束。

6、在一实施例中，入射光束为高斯光束，根据光斑呈现的光强度分布，划分不同的光斑区域，包括：确定高斯光束的光斑呈现的光强度分布，分别将光强度分布中位于同一光强度的高斯光斑环，划分为一个光斑区域，得到多个不同的光斑区域。

7、在一实施例中，针对各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列，包括：在各高斯光斑环上，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列。

8、第二方面，本申请实施例提供了一种滤光片阵列排列设备，包括：处理器、存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序以实现如上第一方面所述的滤光阵列排列方法的步骤。

9、第三方面，本申请实施例提供一种光谱数据采集方法，应用于光谱传感器，该光谱传感器包括采集单元、滤光片阵列和像素阵列，其中，像素阵列包括多个像素单元，滤光片阵列包括多个波长的滤光片，该滤光片阵列针对入射光束的各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，每个光斑区域包括相同光强度，各光斑区域的光强度不同；各像素单元分别与各滤光片对应设置，该方法包括：采集单元在检测到有光束入射至滤光片阵列时，分别采集通过各滤光片到达各像素单元的光束信号强度值；根据各光束信号强度值，分别计算各像素单元的像素均值；根据像素均值，得到光谱数据。

10、在一实施例中，根据各光束信号强度值，分别计算各像素单元的像素均值，包括：针对任一像素单元，以像素单元为中心像素，计算该中心像素对应的光束信号强度值与相邻像素单元对应的光束信号强度值的平均值，得到像素单元的像素均值。

11、第四方面，本申请实施例提供一种光谱传感器，该光谱传感器包括采集单元、滤光片阵列和像素阵列，其中，像素阵列包括多个像素单元，滤光片阵列包括在入射光的各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，每个光斑区域包括相同光强度，各光斑区域的光强度不同；各像素单元分别与各滤光片对应设置；采集单元用于在检测到有光束入射至滤光片阵列时，分别采集通过各滤光片到达各像素单元的光束信号强度值；根据各光束信号强度值，分别计算各像素单元的像素均值；根据像素均值，得到光谱数据。

12、第五方面，本申请实施例提供一种物质检测设备，包括：处理器、存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序以实现如下步骤：获取光谱传感器得到的待检测物质的光谱数据；对光谱数据进行分析，得到待检测物质的组成成分。

13、第六方面，本申请实施例提供一种物质检测方法，物质检测方法应用于如上第五方面所述的物质检测设备，该物质检测方法，包括：获取光谱传感器得到的待检测物质的光谱数据；对光谱数据进行分析，得到待检测物质的组成成分。

14、本申请实施例提供了滤光片阵列排列方法、光谱传感器、物质检测设备设备及方法，其中，滤光片阵列排列方法，包括：确定入射光束的光斑形状；根据入射光束的光斑形状呈现的光强度分布，划分不同的光斑区域，每个光斑区域包括相同光强度，各光斑区域的光强度不同；针对各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列。由于在入射光束的每个具有相同光强度分布的光斑区域内分别放置了所有预设波长的滤光片，将该滤光片阵列用于光谱传感器进行物质检测时，根据通过各滤光片到达像素单元的光束信号强度值，对各像素单元的像素值进行均值滤波，得到各像素单元的像素均值，能够采样出光强度相对集中且准确的光谱数据，有效解决在使用多光谱滤光片阵列时，由于光强度随空间位置分布不均匀，导致的无法准确测量多波长入射光的能量问题，旨在提高基于光谱传感器进行物质检测的准确性。

技术特征：

1.一种滤光片阵列排列方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的滤光片阵列排列方法，其特征在于，所述确定入射光束的光斑形状，包括：

3.根据权利要求1或2所述的滤光片阵列排列方法，其特征在于，所述入射光束为能量分布不均匀的非均匀光束，包括：高斯光束、顶帽光束、多模光束、斑点光束、环形光束或者自由空间衍射光束。

4.根据权利要求3所述的滤光片阵列排列方法，其特征在于，所述入射光束为高斯光束，所述根据所述光斑呈现的光强度分布，划分不同的光斑区域，包括：

5.根据权利要求4所述的滤光片阵列排列方法，其特征在于，所述针对各所述光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列，包括：

6.一种光谱数据采集方法，其特征在于，应用于光谱传感器，所述光谱传感器包括采集单元、滤光片阵列和像素阵列，所述像素阵列包括多个像素单元，所述滤光片阵列在入射光束的各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，每个所述光斑区域包括相同光强度，各所述光斑区域的光强度不同；各所述像素单元分别与各所述滤光片对应设置，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的光谱数据采集方法，其特征在于，所述根据各所述光束信号强度值，分别对各所述像素单元的像素值进行均值滤波，包括：

8.一种光谱传感器，其特征在于，所述光谱传感器包括采集单元、滤光片阵列和像素阵列，所述像素阵列包括多个像素单元，所述滤光片阵列包括多个波长的滤光片，针对入射光的各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，每个所述光斑区域包括相同光强度，各所述光斑区域的光强度不同；各所述像素单元分别与各所述滤光片对应设置；

9.一种物质检测设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现如下步骤：

10.一种物质检测方法，其特征在于，所述物质检测方法应用于权利要求8所述的物质检测设备，所述物质检测方法，包括：

技术总结
本发明涉及光学技术领域，提供了滤光片阵列排列方法、光谱传感器、物质检测设备及方法，其中，滤光片阵列排列方法，包括：确定入射光束的光斑形状；根据入射光束的光斑形状呈现的光强度分布，划分不同的光斑区域，每个光斑区域包括相同光强度，各光斑区域的光强度不同；针对各光斑区域，分别放置所有预设波长的滤光片，形成滤光片阵列。能够采样出光强度相对集中且准确的光谱数据，有效解决在使用多光谱滤光片阵列时，由于光强度随空间位置分布不均匀，导致的无法准确测量多波长入射光的能量问题，旨在提高基于光谱传感器进行物质检测的准确性。

技术研发人员：任政企,孙琦,付强
受保护的技术使用者：大格创新科技（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16