基于小波变换的CCD光谱信号消噪及汽车车灯颜色测试的应用研究

研制了一种新型测色系统。依据小波变换理论 ,对颜色测量中所接收到的光谱信号采用了小波变换消噪平滑数据处理技术 ,提高了系统测色的精度。采用CCD作为光电转换元件 ,接收汽车车灯光谱并转换为电信号 ,提高了测量速度。给出了CCD关于颜色测量的光谱标定方法。通过测量色度值与其标准色度值比较 ,所得偏差Δx≤ 0 0 0 8,Δy≤ 0 0 0 8;重复性Δx≤ 0 0 0 8,Δy≤ 0 0 0 8。     

汽车灯具色度性能测试系统研究

汽车灯具色度测试系统是检测车灯光学性能的专用仪器，它能给出车灯的各种色度值。本文主要介绍该系统的设计思想、工作原理、软件程序和误差分析等问题。     

孟塞尔色序系统与CIE1931标准色度系统转换新算法

孟塞尔色序系统到CIE标准色度系统的自动转换在颜色和视觉领域是一个很重要的课题.提出了一种基于等色调线和等彩度线插值的新算法,实现孟塞尔色序系统与CIE1931标准色度系统之间颜色的相互转换.实验测试表明,由孟塞尔系统到CIE色度系统的正向转换准确度为ΔY=0.004,Δx=0.000 13,Δy=0.000 13,由CIE色度系统到孟塞尔系统的反向转换准确度达到了ΔV ≈0,ΔH=0.017 5,ΔC=0.013.     

小波分析在汽车车灯光源色测量中CCD光谱的消噪平滑处理

本文依据小波变换原理 ,提出利用小波变换技术对汽车车灯光源色测量中实时采集的光源光谱信号进行多分辨分解 ,有效地消除噪声 ,提高了光谱的信噪比。由CCD接收的标准A光源谱进行了多层分解 ,讨论了不同小波基和分解阶次对信号分析结果的影响。选取最佳小波基 ,为光谱信号消噪平滑处理提供了较有效的数据处理方法。通过对CCD接收的光谱信号进行了消噪和平滑处理 ,解决了实时采集光谱信号在分析和数据处理上的困难 ,该研究充分体现了小波变换在数据处理方面的优势 ,在依赖于光谱信号的颜色测量领域中起重要的作用。     

WinCE多线程在微型光谱仪中的应用

Windows CE是一个多任务操作系统,具有占用资源少、实时性特点.CCD作为较高灵敏度的光电传感器被广泛应用在非接触位移领域和光信息测量中.提出通过WinCE多线程编程设计应用软件设计完成嵌入式系统和FPGA配合下的CCD驱动和数据采集;成功的应用在便携式光谱仪的设计中,给出了使用该软件所测得的光谱响应曲线.该软件...     

基于F-P干涉仪溶液浓度微变量实时监测系统的研究

设计了一款基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪监测溶液浓度微小变化量的传感装置.利用光纤传输激光并用分体CCD采集图像,实现对溶液浓度的高精度微变化量的实时监控和测量.从理论上分析了F-P干涉仪干涉条纹的改变数目Δk与溶液浓度微变化量Δc(Δk)之间的关系,采用平面F-P干涉仪实现高精度测量溶液浓度微变化量的原理和可行性.在实验上构建了由He-Ne激光器、石英光纤、平面F-P干涉容器腔、面阵分体CCD、计算机等组成的实验监控与测量装置,对三组不同浓度的甘油溶液进行测量,通过观察干涉条纹的改变数目测定溶液浓度的改变量,用实验结果标定溶液浓度微变化量Δc(Δk)与干涉条纹改变数目Δk之间的数学解析式.实验结果表明:采用该系统可以监测到10-4量级的溶液浓度的变化值.     

海洋高光谱辐射实时观测系统的研制

研制了海洋水色高光谱辐射实时观测系统.该系统主要包括用于现场测量海面与海水近表层上行辐亮度和下行辐照度的高光谱光纤辐射计,装载高光谱光纤辐射计及其它辅助设施的海上观测平台,数据采集、实时通讯的控制系统.采用6通道光纤光谱仪解决了多参数测量同步性问题,通过自动调整光谱仪CCD积分时间提高其测量的动态范围;采用光纤光谱仪减小了光接收器的体积,减小了自阴影效应的影响;采用防污染装置解决了光学探头水下防污染问题.对系统的性能进行了室内测试及近海36 d试验.结果表明,光学系统零漂误差小于±5%,光学系统稳定可靠;浮标性能可很好地满足水下光辐射测量对浮标体姿态和稳定性的要求;控制系统的数据采集和通讯可靠有效.     

高精度光电数据采集系统的实验研究

针对光电弱信号检测,采用Σ-ΔAD转换器AD7706和AVR单片机ATmega8515设计了适用于低频量测量的高精度数据采集器,采用Σ-ΔAD转换器ADC16471、AVR单片机ATmega8515、C51单片机C8051F020和以太网控制器RTL8019AS设计了适用于高精度线阵CCD的数据采集器,并分别对两套数据采集器进行了实验研究与性能分析。     

非接触式颜色测量参数的最优化研究

颜色测量设备获取的光谱数据或色度数据应能够真实客观的表征物体的颜色信息。针对不能直接与测量仪器接触的测量目标,需要采用非接触式颜色测量方法获取其颜色信息。根据光谱辐射度理论分析可知,非接触式颜色测量过程中照明距离、测量距离及曝光时间的变化对测量结果有较大影响,而已有研究成果中并未深入研究测量参数的变化对测量结果的影响。为了在非接触式颜色测量过程中得到准确的结果,提出了一种基于正交试验的非接触式颜色测量参数的最优化方法。实验通过光谱辐射度计(PhotoResearch705, Photo Research 公司, 美国)获取不同参数组合条件下标准色卡(GretagMacbeth ColorChecker Rendition Chart)的颜色信息,结合极差分析法和方差分析法,实验结果显示测量值与标准值的色差CIEDE2000最小为0.878 8ΔE,最大为1.543 1ΔE,表明该方法能有效的选取最佳参数组合,并能分析各参数对测量结果影响的大小。     

多光谱多点标定的CCD二维温度场重建方法的研究

以多光谱技术作为基础,针对CCD二维温度场测量的特点,提出了彩色CCD二维温度场多光谱真温在线多点标定系统。通过对多光谱辐射测温理论和CCD的测量模型的分析,推导出气体燃烧时的真温与CCD亮度之间的近似关系。使用多光谱多点测温技术计算出多点的发射率和真温并使用这些真温值完成CCD面阵上与之对应点的真温标定。将该真温标定系统应用于CO₂激光焊接火焰的二维温度场测量过程中,不但得到了波长与光谱发射率之间的变化规律同时也得到了CO₂激光焊接火焰的二维真温分布图。研究提出的多光谱标定技术具有实时性、灵活性的特点, 是一种可行的CCD在线真温多点标定与测量的方法。     

采集舌象用光源的光谱研究

在中医舌诊中,传统的光源通常为自然光甚至烛光,易受气候,环境干扰,不利于医生获得正确的舌苔色泽信息。文章引进人造光源作为对自然光源的补充或直接应用人造光源来代替自然光,能得到稳定和真实的舌态图像,获得科学严谨的诊断结果。不同的光源由于其各异的辐射光谱功率分布,显色性Ra和色温Tc的不同对同一物体照明会产生不同的颜色。文章选择了四种人造光源,通过光谱分析和分别照明时拍摄的相同图像[1]、舌象,用舌象视觉计算比较的方法选出了最佳光谱对应的光源,并在多个光学参数,色坐标容差椭圆等色度学参数上进行比较,得出一种最接近于自然光的光源,即PHILIPS YPZ220/18-3U.RR.D型光源,其色温为6 500 K的光谱特性及光学参数最接近自然光源,可作为采集舌象时的照明标准光源。此方法可为选择人造标准光源替代自然日光提供理论和实验依据。     

非标准光源在颜色测量中的差异性分析

不同光源因光谱功率分布差异,具有不同色温、显色指数,测色差异很大。D65标准光源最接近日光光色,是国际照明委员会(CIE)推荐测色标准光源。但其价格昂贵、工作条件苛刻且不易得,实际测色中常用非标准光源代替。为了研究非标准光源的测色差异,设计了一套溶液比色系统,分别采用高压脉冲氙灯、LED灯、卤钨灯作为光源,亚硝酸盐显色实验为基础,以色度学原理计算3种光源的测色差异。结果显示,氙灯、LED灯光谱分布较为均匀,色度坐标接近等能白光E(0.33, 0.33), 测色比较接近真实颜色,而卤钨灯测色误差较大。氙灯与LED灯在L*a*b*空间测色平均色差ΔE_ab在10 NBS以内,两者与卤钨灯测色平均色差ΔE_ab在20 NBS以上。     

星等及光谱可调的标定用单星模拟器系统设计

为了实现多色温、多星等并且色温和星等都在系统中实时可调节的功能,提出设计一款新型的星等及光谱可调节的单星模拟器系统。系统采用氙灯及卤钨灯作为光源,将光源分为多束窄带光谱,并且对每一束窄带光谱的光强和光谱进行调节实现对黑体光谱范围及色温的模拟。当具有不同光谱特性和色温的光源进入星等调节器时,采用与波段光强控制器不相互干扰的调节方式,只对光源的光度即整个光源的能量进行衰减控制达到星等调节。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出标准星等光度与各个色温情况下实测星等光度对照结果。     

基于视觉功效法的公路照明光源性能分析

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线,其峰值波长和强度受光源光谱、背景亮度等多方面的影响,光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。试验以视认反应时间作为评价指标,应用视觉功效法测试了不同速度条件下,人眼在不同照明环境中的视认性能,所选择光源包括高压钠灯、无极荧光灯和三种色温的白光LED,光源色温范围1 958~5 537 K,背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明,范围为1~5 cd·m-2,均在人眼中间视觉亮度范围内。统计试验结果显示：在相同速度、亮度条件下,高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源;相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标,但测试截止时刻,低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度,与明视觉亮度测试结果比较,中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小,显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一,由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近,高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯,峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。     

积分球非中性对出射光谱的影响

从积分球非中性的角度出发,研究了光(辐射)经过积分球后的光谱性质变化.根据积分球理论公式,推导了积分球光谱透过率的非中性与内壁涂层光谱反射比非中性的关系,证明积分球非中性通常大于内壁涂层非中性|且内壁涂层非中性一定时,涂层反射比越高,积分球非中性越大.然后分别以A光源和氙灯作为入射光源,测量了硫酸钡和聚四氟乙烯两种典型涂层的积分球出射光的光谱分布、色坐标和色温.结果表明,两种积分球的非中性对出射光谱的影响特征相同,表现在色度上是色坐标(x,y)增大,色温降低.其中聚四氟乙烯积分球非中性较小,其出射光色温在A光源、氙灯作为入射光源时分别降低约20 K和70 K|而硫酸钡积分球的出射光色温则分别降低约300 K和1 000 K,非中性影响明显.     

紫外臭氧垂直探测仪高精度在轨光谱定标方法研究

为监测及修正紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在发射以及在轨运行过程中的光谱位置的偏移,采用了一种全新的高精度在轨光谱定标方法。利用高分辨率参考光谱与仪器狭缝函数进行卷积,并将卷积结果与修正后的测量光谱进行匹配,建立了相关评价函数,计算参考光谱和测量光谱误差最小时的光谱偏移量。对于SBUS,利用此方法定标得出的光谱偏移量为0.10 nm。利用SBUS星上汞灯光谱验证了定标结果的最大误差为0.01 nm,满足仪器指标要求。实验结果证明了高精度在轨光谱定标方法的可行性及精度。     

白光和红绿蓝光LED可调光源研制

为了提高LED光源色温和亮度的调节精度和准确度,结合色温由低向高变化时光色所呈现的渐变特点,提出了一种低色温白光LED灯珠、高色温白光LED灯珠加红绿蓝光LED灯珠补偿式调光的方法.将色温分成三个部分进行调节,每个部分选用不同的LED灯珠组合来进行调光.实验结果表明:不同组合情况下的LED光源的初始输出色温相对于目标值的偏差范围在1％以内;亮度可以在保证色温不变的情况下独立进行调节,初始输出值与目标值的偏差范围在1％以内;经过微调之后可以达到目标值;达到了色温和亮度独立调节的要求;光源发光稳定,不会因为长时间工作而影响调节精度.     

基于电荷耦合器件的数字光谱分析仪的研究

光谱仪器是光学仪器中一种重要的组成类型。主要研究和搭建了基于电荷耦合器件(CCD)的数字光谱分析仪,将光学系统、CCD、数据采集卡和光谱分析软件组成完整的数字光谱分析系统,实现了系统的数字化、自动化、小型化和便携化。设计了光谱分析软件以实现光谱信号的采集、显示、处理、寻峰、标定和存取,开发了光谱分析类库（SAL）,提高了软件的可移植性,简化了后继软件开发。使用标准汞灯对数字光谱分析仪进行了标定,并使用激光笔发出的红光对软件的正确性进行了验证。该系统主要适用于现场远距离军用目标的实时探测,同时也可兼顾民用。实验结果表明,该数字光谱分析仪有较好的准确性及可重复性。     

智能化车辆光度测试系统的研制

本文介绍了一种自动测试汽车车灯配光性能仪器的设计原理、结构框图和精度分析。仪器采用微机控制、自动完成定位、数据采集、标准判别和表格打印。经实际使用表明：仪器具有较高精度，其转动定位精度达到０．０１°，照度测试精度不大于２％，完全满足国标对车灯性能测定的要求