一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法

本发明涉及光色度测量和遥感器定标应用，尤其涉及一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法。

背景技术：

1、随着电子行业的快速发展，智能化设备越来越丰富，功能越来越先进，移动和非移动终端照相摄影部组件或设备，在现阶段和未来智能化仪器或系统中将会发挥重要的作用，这对终端图像色彩质量要求越来越高，对于终端图像及视频设备图像质量的高精度定标要求可通过模拟实景的光谱分布实现。

2、针对彩色印刷、摄影、印染等精细的辨色工作，要求终端图像及视频设备的定标参考光源具有cie标准照明体a、b、c、d的相对光谱功率分布，包括近紫外辐射和可见辐射。通常要求参考光源的显色性高于95％以上，光照度在(500～1500)lux可调，非稳定性优于±1％。对于荧光材料的部分可见光谱色必须通过紫外辐射的激发才能呈现出来，因此要求终端图像色彩质量定标参考光源的光谱范围(300～830)nm具有辐射输出。色温箱光源是终端图像色彩质量定标参考光源应用最广泛的光源。

3、目前国外的色温箱采用的核心发光单元iq-led由具有22种峰值波长的led组成，光谱范围在380～800nm。通过光谱匹配模拟算法，色温箱的色温在1900k～18000k范围内可调，其中d65光谱的显色性达到99％。iq-led发光单元采用草帽头型led发光介质，单颗功率在100mw左右。iq-led发光单元采用脉冲调制pwm进行驱动，非稳定性在±2％左右。

4、目前国内尚无色温可调的定标色温箱光源。现阶段国内研发的色温箱光源，其核心发光单元仍采用老式的卤钨灯和荧光灯发光单元组件，其色温固定为3400k和6500k，显色性在80％～95％之间。色温箱光源采用漫透射匀光，均匀性在95％左右。由于发光二极管具有较窄的光谱分布，只要led品种齐全，就可以利用多个不同峰值波长的led来组合出需要的光谱分布。国内市场在终端图像色彩质量定标方面具有明确应用需求，具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、为了克服已有技术的缺陷，本发明提供一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，能够精确、快速模拟目标光谱的色温光谱成分复合与自动光谱匹配，通过寻求最佳的led组合，使之组合出来的色温箱光谱曲线尽可能接近于目标光谱，提高色温箱拟合目标光谱的拟合准确度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，包括以下步骤：

4、步骤(1)，根据光谱的叠加原理，构建经过多波段led发光单元叠加后的光谱功率分布函数；

5、步骤(2)，根据光谱仪的实测离散光谱数据，获得led光源的离散波长点的光谱功率值；

6、步骤(3)，构造适应度评价函数对光谱模拟结果进行评价；

7、步骤(4)，采用遗传算法进行光谱匹配，获取最优适应度阈值，提高拟合目标光谱的拟合准确度；

8、步骤(5)，采用相关指数r2和相对光谱差异参数e评价拟合光谱和目标光谱的差异。

9、进一步地，所述步骤(1)中，根据光谱的叠加原理，色温箱光源经过多波段led发光单元叠加后的光谱功率分布函数s(λ)为：

10、

11、其中，λ为中心波长，n为led光源数量，i为led光源编号，ki为第i个led光源的比例系数，si(λ)为第i个led光源的光谱功率分布，sbase(λ)为基底光源的光谱分布，i＝1,2,3,·……,n。

12、进一步地，所述步骤(2)中，由光谱仪实测光谱数据获得的led光源的离散波长点的光谱功率值为：

13、si(λ)＝[si(λ1),…,si(λj),…,si(λm)]+sbase(λ)            (2)

14、其中，j为离散波长点序号，m为离散波长点总数，si(λj)为第i个led光源的第j个离散波长点的光谱功率值。

15、进一步地，所述步骤(3)中，适应度评价函数fitness的定义为：

16、

17、式中，fitness表示led模拟光谱和目标标准光源光谱之间的差异，st(λ)为标准光源光谱光源的相对光谱功率分布函数，si(λ)为第i种led光源的光谱功率分布模型，ki为第i个led光源的比例系数，λmin和λmax为led模拟光谱的最短和最长波长。

18、进一步地，所述步骤(4)中，采用遗传算法进行光谱匹配时，通过对个体进行基因编码，随机生成在取值范围内的初始种群，对种群的每一个个体进行适应度评估，计算每个个体被选中进行繁殖的概率pi；采用轮盘赌的方式选择适应度高的个体进行交叉和变异操作，生成子代种群，设定fit为最优适应度阈值，终止迭代运算条件为fitness≤fit。

19、个体被选中进行繁殖的概率pi如式(4)所示：

20、

21、式中，pi为每个个体被选中进行繁殖的概率，fi为第i个led光源的适应度函数评价。

22、进一步地，所述步骤(5)中，相关指数r2和相对光谱差异参数e表示为：

23、

24、式中，yi为目标光谱响应值，为模拟光谱响应值，为目标光谱响应值的数学期望。

25、本发明的优点是：

26、构建经过多波段led发光单元叠加后的光谱功率分布函数，并构造适应度评价函数对光谱模拟结果进行评价，采用遗传算法进行光谱匹配，获取最优适应度阈值。通过寻求最佳的led组合，使之组合出来的光谱曲线尽可能接近于目标光谱，提高色温箱拟合目标光谱的拟合准确度。

技术特征：

1.一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤(1)中，根据光谱的叠加原理，色温箱经过多波段led发光单元叠加后的光谱功率分布函数s(λ)为：

3.根据权利要求2所述的一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤(2)中，由光谱仪实测光谱数据获得的led光源的离散波长点的光谱功率值为：

4.根据权利要求3所述的一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤(3)中，适应度评价函数fitness的定义为：

5.根据权利要求4所述的一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用遗传算法进行光谱匹配时，通过对个体进行基因编码，随机生成在取值范围内的初始种群，对种群的每一个个体进行适应度评估，计算每个个体被选中进行繁殖的概率pi；采用轮盘赌的方式选择适应度高的个体进行交叉和变异操作，生成子代种群，设定fit为最优适应度阈值，终止迭代运算条件为fitness≤fit；

6.根据权利要求5所述的一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，其特征在于，所述步骤(5)中，相关指数r2和相对光谱差异参数e表示为：

技术总结
本发明公开了一种色温箱光源的色温光谱成分复合与自动光谱匹配方法，所述方法包括：根据光谱的叠加原理，构建经过多波段LED发光单元叠加后的光谱功率分布函数；根据光谱仪的实测离散光谱数据，获得LED光源的离散波长点的光谱功率值；构造适应度评价函数对光谱模拟结果进行评价；采用遗传算法进行光谱匹配，获取最优适应度阈值，提高拟合目标光谱的拟合准确度；采用相关指数R<supgt;2</supgt;和相对光谱差异参数E评价拟合光谱和目标光谱的差异。本发明通过寻求最佳的LED组合，使之组合出来的光谱曲线尽可能接近于目标光谱，提高色温箱光源拟合目标光谱的拟合准确度。

技术研发人员：康晴,袁银麟,翁建文,孟凡刚,李大玮,郑小兵
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13