[发明专利]基于滤波膜阵列的光谱测量装置及方法

权利要求书

1.基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，包括沿入射光传播方向依次设置的光学准直装置、滤波膜阵列、探测阵列芯片；所述滤波膜阵列包括一组平行且在入射光方向上互不重叠的滤波膜，各滤波膜在所述探测阵列芯片的测量波段范围内的透射谱线互不相同；所述滤波膜阵列中的每一片滤波膜均有至少一个所述探测阵列芯片的像素元与其正对。

2.如权利要求1所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述探测阵列芯片为黑白光电成像器件。

3.如权利要求2所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述黑白光电成像器件为黑白电荷耦合成像器件或者黑白互补金属氧化物半导体成像器件。

4.如权利要求1所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜的共同焦点处的小孔光阑。

5.如权利要求1所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述滤波膜阵列还包括透明基底，滤波膜附着于所述透明基底的表面。

6.如权利要求5所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述透明基底的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。

7.如权利要求1所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，所述滤波膜阵列中的各滤波膜均为光学彩色聚酯薄膜。

8.如权利要求1所述基于滤波膜阵列的光谱测量装置，其特征在于，还包括与所述探测阵列信号连接的计算处理单元。

9.基于滤波膜阵列的光谱测量方法，其特征在于，利用如权利要求1～8任一项所述光谱测量装置实现，具体包括以下步骤：

步骤1、将所述探测阵列芯片所能探测的频率范围等分为n个频率段，n为所述滤波膜阵列中的滤波膜总数，各频率段的中心频率计为f₁、 f₂、…、f_n ；

步骤2、令待测入射光依次通过光学准直装置、滤波膜阵列，测量所述探测阵列芯片中各有效像素元所探测到的灰度值，记为G₁、 G₂、…、G_n；所述有效像素元是指：从每个滤波膜所正对的像素元中预先选定一个，这些预先选定的与所述滤波膜一一对应的像素元即为有效像素元； 

步骤3、通过求解以下方程组得到待测入射光中各频率分量f₁、 f₂、…、f_n的大小G(f₁)、G(f₂) 、…、G(f_n)：

式中，C_ij(i=1,2…n) (j=1,2…n) 表示中心频率为f_i的频率段的光在经过与不经过滤波膜阵列的情况下，所述探测阵列芯片中第j个有效像素元所探测到的灰度值之比，通过实验预先测得；

步骤4、对G(f₁)、G(f₂) 、…、G(f_n)进行线性拟合，并经光谱定标，得到待测入射光的光谱。

10.如权利要求9所述基于滤波膜阵列的光谱测量方法，其特征在于，使用交替方向乘子法求解所述方程。