[发明专利]一种基于滤光单元的光辐射测量方法及其装置

说明书

【技术领域】

本发明属于光辐射测量领域，具体涉及一种基于滤光单元的光辐射测量方法及其装置。

【背景技术】

现有的光辐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三刺激值匹配函数、(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三刺激值等，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。

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以下几种方法：

(1)在探测器(如硅光电池、黑白CCD等)前设置依次切入大量窄带滤色片(以380nm-780nm的可见光为例，为得到10nm精度，至少需要40个透光波段为10nm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。

(2)在探测器(如硅光电池、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，以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三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。

此外，公告号为CN201464052U还公开了一种基于彩色CCD的多谱色辐射测温装置，通过在彩色CCD前设置一个三通道窄带光谱透过率响应特性的滤色片，上述的三个窄带光谱透过率响应具有红、绿、蓝三个单峰中心波长，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。

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】

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种快速、精确、适用范围广泛的光辐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以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。

本发明通过以下技术方案实现：一种基于滤光单元的光辐射测量方法，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以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以上采样区域，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。

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，以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、以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。

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，并以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。

本发明还可通过以下技术方案进一步限定和完善：

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：

1a)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n个实测响应值A₁、…A_k、…、A_n；