專利名稱：Ccd成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜檢測技術(shù)，尤其涉及一種基于已知光譜輻射分布 的光源實現(xiàn)CCD (Charge-Couple Device,電荷耦合器件)成像設(shè)備
相對光譜響應(yīng)特性的標定方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，CCD傳感器應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機械 及微計算機為一體的綜合性技術(shù)，在現(xiàn)代光子學(xué)、光電檢測和現(xiàn)代測 量領(lǐng)域中有著廣泛的交叉應(yīng)用?；贑CD成像設(shè)備的應(yīng)用，通常需 要根據(jù)測量應(yīng)用領(lǐng)域的不同，進行儀器的標定工作，主要包括CCD 成像設(shè)備的光學(xué)和幾何特性標定、光強響應(yīng)標定、光譜響應(yīng)標定等。
針對CCD傳感器相對光譜響應(yīng)特性的標定，現(xiàn)有技術(shù)中通常利 用單色光進行。例如，Vora( Digital Color Cameras-2-Spectral Response. Available from http:〃color.psych.ucsb.edu/hyperspectra1/， 1997)禾'J用單 色儀產(chǎn)生不同的單色光，投射到標準白板上，攝像機對白板成像分析， 對可見光范圍內(nèi)的一系列單色光重復(fù)該步驟，進而可以求得相對光譜 響應(yīng)函類支；Yves ( Color Camera Characterization with an Application to Detection under Daylight. Vision Interface '99， Trois-Rivi 6 res, Canada, 19-21 May. 280 287. 1999 )則直接利用單色儀出射的單色光成像進行 相對光譜響應(yīng)的分析。上述的標定方法雖然行之有效，但其需要采用 單色儀來獲取單色光，并配合使用標準光度計來進行測量，整體標定 工作需要配合較多的儀器，而高精度的單色儀在較寬的測量波段調(diào)試 起來較為復(fù)雜，同時單色儀、標準光度計均會引入測量傳遞誤差，因 此該標定方法并不能保證達到很高的測試精度。因而，在常規(guī)計量測 試應(yīng)用中，有必要通過方法和技術(shù)上的改進實現(xiàn)更有效、簡單的CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性標定。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標 定方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中利用單色儀等高精度儀器進行標定 造成的復(fù)雜及傳遞儀器測量誤差的缺陷。(二) 技術(shù)方案為了達到上述目的，本發(fā)明采取以下方案一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法，包括A、 以已知光譜輻射分布的光源為測量物體，利用待標定的CCD 成像設(shè)備對所述測量物體成像，獲取圖像并分析得到測量值；B、 通過調(diào)整所述光源的熱力學(xué)溫度和/或釆用濾色片，改變進入 所述CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量；C、 根據(jù)已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程，構(gòu)造描 述所述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組；D、 以不同的所述光譜輻射通量下所述CCD成像設(shè)備的測量值 為已知量，求解所述數(shù)學(xué)物理方程組，以標定所述CCD成像設(shè)備的 相對光譜響應(yīng)特性。其中，所述光源為高溫黑體源。其中，所述濾色片為在所述CCD成像設(shè)備的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的 非灰性濾色片。其中，已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程為/為所述CCD成像設(shè)備的任一探測通道，C,.為所述圖像上任一像 素點在通道/的測量值，為所述測量物體表面的光譜分布強度， A(義)為所述CCD成像設(shè)備的綜合光譜響應(yīng)函數(shù)，&和人分別為光譜 響應(yīng)波長范圍的下限和上限，o為輻射傳輸?shù)姆枪庾V因子，^為通道/的光強響應(yīng)函數(shù)，",為通道z的噪聲值；
則所述步驟C進一步包括
Cl 、根據(jù)A對于所述輸出數(shù)據(jù)表現(xiàn)為線性，改寫所述已知的CCD 成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程(1)為積分方程
<formula>formula see original document page 8</formula> (2)
其中r,(^H",.A(A)，",為甲,的線性系數(shù)，^(義)即為待標定的相對
光譜響應(yīng)函數(shù)；
C2、將所述CCD成像設(shè)備的光譜響應(yīng)波長區(qū)間、 、按等分離 散成(《-P+l)個波長值，則改寫所述積分方程(2)為求和方程，
<formula>formula see original document page 8</formula>(3)
C3、再根據(jù)m個不同光譜輻射通量下的/(A),并利用所述求和 方程(3)構(gòu)造CCD成像設(shè)備輻射傳輸測量的數(shù)學(xué)物理方程組，<formula>formula see original document page 8</formula>其中，m》(《-p+i)，且向量組
<formula>formula see original document page 8</formula>
(4)
線性無關(guān),
其中，所述步驟D進一步包括
Dl、根據(jù)步驟B中所述光源熱力學(xué)溫度的調(diào)整和/或濾色片的采 用，獲取m個光譜分布強度值叫),/2(4)，…，"々)];
D2、根據(jù)步驟A中所述圖像的獲取及分析，獲取m個測量值
D3、根據(jù)所述CCD成像設(shè)備的光學(xué)鏡頭蓋上后的成像，經(jīng)過測
量獲取得到噪聲值"r，
D4、進一步略去對相對光譜響應(yīng)特性無本質(zhì)影響的非光譜因子O后，求解所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)得到待標定的相對光譜響應(yīng)函
數(shù)值<formula>formula see original document page 9</formula>
一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)，包括
測量物體，為已知光譜輻射分布的光源，由待標定的CCD成像 設(shè)備對所述測量物體進行成像；
光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備，通過改變所述測量物體的熱力學(xué)溫度和 /或釆用濾色片對進入所述CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量進行調(diào)整；
數(shù)據(jù)處理設(shè)備，通過對不同光譜輻射通量下所述CCD成像設(shè)備 的成像進行分析得到測量值，并以所述測量值為已知量，根據(jù)描述所 述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組求解得到 相對光譜響應(yīng)函數(shù)值，以對所述CCD成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性 進行標定。
其中，所述光源為可調(diào)整熱力學(xué)溫度的高溫黑體源。 其中，所述系統(tǒng)還包括
濾色片組，包括多個線性無關(guān)且在所述CCD成像設(shè)備光譜響應(yīng) 范圍內(nèi)的非灰性濾色片，分別單獨設(shè)置于所述CCD成像設(shè)備前，用 于與所述光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備連接，以設(shè)置不同的光譜輻射通量。
其中，所述數(shù)學(xué)物理方程組為
<formula>formula see original document page 9</formula>
(4)
o為輻射傳輸?shù)姆枪庾V因子；z為所述C CD成像設(shè)備的任 一 探測 通道；/(A)為所述測量物體表面的光譜分布強度；、和人分別為光譜 響應(yīng)波長范圍的下限和上限，且在所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)中將^ ^ 按等分離散成(《-^+i)個波長值；C,為所述CCD成像設(shè)備的成像上任 一像素點在通道/的測量值；",.為通道/的噪聲值；m為不同光譜輻射
且"Q(《-p + l); K(A)為待標定的相對光譜響應(yīng)函數(shù)。其中，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備進一步包括光譜分布強度獲取單元，根據(jù)預(yù)設(shè)不同的光譜輻射通量獲取所述m個光譜分布強度值:[/,W，/2a)，…,"人)];圖像分析單元，根據(jù)所述ccd成像設(shè)備對所述測量物體的成像 分析并得到m個測量值[G,7， G,2,…c^];噪聲分析單元，分析所述ccd成像設(shè)備在光學(xué)鏡頭蓋上后的成 像獲取噪聲值",；標定單元，分別與所述光譜分布強度獲取單元、圖像分析單元、噪聲分析單元連接，并根據(jù)所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)，利用獲取的 [/,"),/2"),…,/,"(;0]、 [c,口， c,y.G,J及",求解得到待標定的相對光譜響應(yīng)函數(shù)值[r,(^，r,(^;)，…A(人)]，以標定所述ccd成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性。 (三)有益效果本發(fā)明有如下優(yōu)點基于已知光源實現(xiàn)ccd成像設(shè)備相對光譜 響應(yīng)特性特性的標定，無需使用單色儀、標準光度計等儀器，標定方 法簡單、有效，且可避免引入儀器的測量傳遞誤差。


圖1為本發(fā)明ccd成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法實施 例一流程圖；圖2為本發(fā)明ccd成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)實施 例一結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明ccd成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)實施例二結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明ccd成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法實施例二流程圖。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
圖1為本發(fā)明CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法實施
例一流程圖，如圖所示，本實施例的標定方法包括以下步驟
5101、 以已知光譜輻射分布的光源為測量物體，利用待標定的 CCD成像設(shè)備對該測量物體成像，獲取圖像并分析得到測量值。
針對現(xiàn)有技術(shù)中使用單色儀、標準光度計等儀器對CCD成像設(shè) 備的相對光譜響應(yīng)特性進行標定會引入傳遞誤差的缺陷，本實施例的 標定方法以已知光譜輻射分布的光源為測量物體，并利用待標定的 CCD成像設(shè)備直接對該測量物體成像，獲取的圖像輸出至計算機等 處理設(shè)備中通過分析得到測量值。
本步驟獲取的測量值可以理解為相對輻射強度測量值，具體表現(xiàn) 為單通道成像測量時的像素灰度值，或多通道成像測量時的像素各通 道色度值。
5102、 通過調(diào)整上述光源的熱力學(xué)溫度和/或釆用濾色片，改變 進入CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量。
5103、 根據(jù)已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程，構(gòu)造
描述所述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組。 已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程為
其中，/為CCD成像設(shè)備的紅、綠、藍任一探測通道，q為獲取 的圖像上任一像素點在通道/的測量值，/(義)為測量物體表面的光譜 分布強度，A(義)為CCD成像設(shè)備的綜合光譜響應(yīng)函數(shù)，、和人分別 為光譜響應(yīng)波長范圍的下限和上限，o為輻射傳輸?shù)姆枪庾V因子，^ 為通道z的光強響應(yīng)函數(shù)，",為通道/的噪聲值；
對于CCD成像設(shè)備輸出的原始數(shù)據(jù)而言，光強響應(yīng)函數(shù)^一般 表現(xiàn)為線性，因此輻射傳輸?shù)姆匠炭梢愿膶憺槠渲衈(" = ",^(義)即可以看作設(shè)備的綜合光譜響應(yīng)("i是光強響應(yīng)函數(shù)A的線性系數(shù))，對于應(yīng)用而言，相對光譜響應(yīng)函數(shù)的標定通 常就是指設(shè)備整體的綜合光譜響應(yīng)函數(shù)"A)的標定；再將CCD成像設(shè)備的光譜響應(yīng)波長區(qū)間& ^按等分離散成 (9-P+l)個波長值，則可將積分方程(2)改寫為求和形式，<formula>formula see original document page 12</formula>ft = p上式中不同波長下的r,^g是待求未知量，顯然方程是不封閉，需 構(gòu)造至少Gi+i)個方程，才可以封閉求解未知量r,.(^);因此如步驟S102所述，通過調(diào)整光源的熱力學(xué)溫度和/或釆用濾 色片，改變進入CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量，設(shè)置m個光譜分布 強度值[/,(人),/2(4)，...,4(4)]來構(gòu)造方程，且附M《-"i)，則構(gòu)造的輻理方程組如下①.<formula>formula see original document page 12</formula>S104、以不同的所述光譜輻射通量下所述CCD成像設(shè)備的測量 值為已知量，求解上述數(shù)學(xué)物理方程組，以標定CCD成像設(shè)備的相 對光譜響應(yīng)特性。根據(jù)步驟S101中CCD設(shè)備成像的獲取及分析，可獲取m個測 量值[C,力G,2，…CU;根據(jù)步驟S102中光源熱力學(xué)溫度的調(diào)整和/或 濾色片的釆用，可獲取m個光譜分布強度值[A0g,/2(4)]; 再根據(jù)蓋上CCD成像設(shè)備光學(xué)鏡頭后的成像，經(jīng)過測量可得到噪聲 值",；進一步略去對相對光譜響應(yīng)特性無本質(zhì)影響的非光譜因子(D 后，對數(shù)學(xué)物理方程組(4)進行求解，即可得到待標定的相對光譜 響應(yīng)函數(shù)值h")，r,(、+,),…，r,(、)]。圖2為本發(fā)明CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)實施例一結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，本實施例的標定系統(tǒng)包括測量物體210， 其為已知光譜輻射分布的光源，并由待標定的CCD成像設(shè)備220對 其成像，圖中虛線即為成像的示意光線；光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備230， 通過改變測量物體210的熱力學(xué)溫度，調(diào)整進入CCD成像設(shè)備的光 譜輻射通量；數(shù)據(jù)處理設(shè)備240,通過對不同光譜輻射通量下CCD 成像設(shè)備220的成像進行分析得到測量值，并以該測量值為已知量， 根據(jù)描述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組求 解得到相對光譜響應(yīng)函數(shù)值，以對CCD成像設(shè)備220的相對光譜響 應(yīng)特性進行標定。圖3為本發(fā)明CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)實施 例二結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，本實施例的標定系統(tǒng)包括高溫黑體源310、 非灰性濾色片320、待標定的CCD成像設(shè)備330、數(shù)據(jù)處理設(shè)備340 及光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備350。其中，高溫黑體源310的光譜輻射分 布特性為已知，且光源的熱力學(xué)溫度可以在1300。C 1900。C之間進行 調(diào)節(jié)；非灰性濾色片320屬于一個濾色片組，該濾色片組包括多個線 性無關(guān)且在CCD成像設(shè)備330光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的非灰性濾色片320; 光譜輛射通量調(diào)整設(shè)備350分別與高溫黑體源310及非灰性濾色片 320連接，其將屬于濾色片組的濾色片320分別單獨設(shè)置于CCD成 像設(shè)備330之前，同時與改變上述高溫黑體源310的熱力學(xué)溫度配合， 從而獲得不同光譜輻射通量的光源；CCD成像設(shè)備330在不同的光 譜輻射通量下對髙溫黑體源310成像，并輸出至數(shù)據(jù)處理設(shè)備340進 行分析，圖中的虛線為成像的示意光線。實施例二的CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性標定系統(tǒng)中，數(shù)據(jù) 處理設(shè)備340進一步包括光譜分布強度獲取單元341,根據(jù)調(diào)整光 源310的熱力學(xué)溫度及釆用不同的濾色片320,獲取m個光譜分布強 度值[Aa)AGg,…,4(人)];圖像分析單元342，根據(jù)CCD成像設(shè) 備330對高溫黑體源310的成像，進行分析得到m個測量值C,2,...QW];噪聲分析單元343，分析CCD成像設(shè)備330在光學(xué)鏡頭 蓋上后的成像獲取噪聲值",.；標定單元344，分別與光譜分布強度獲 取單元341、圖像分析單元342、噪聲分析單元343連接，根據(jù)上述 標定方法實施例一中構(gòu)造的數(shù)學(xué)物理方程組(4)，并利用獲取的 ["人U(人),…,4(A)]、 G,2，…C^]及",求解得到待標定的相對光 譜響應(yīng)函數(shù)值[r,(、)，r,.(、+J,…A(、)]，從而對CCD成像設(shè)備330的相對光譜響應(yīng)特性進行標定。圖4為本發(fā)明CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法實施 例二流程圖，本實施例的標定方法是基于圖3所示的標定系統(tǒng)，包括 以下步驟5401、 釆用溫度范圍為130(TC 190(TC的高溫黑體源作為測量物體。5402、 在CCD成像設(shè)備前設(shè)置一組四個線性無關(guān)的非灰性濾色片；濾色片的帶通波段分別為400nm ~ 460nm 、 460nm ~ 540nm 、 540nm ~ 620nm、 620nm ~ 700nm。5403、 將高溫黑體源的溫度依次設(shè)定為1300°C、 1400°C、 1500°C、 1600°C;經(jīng)過與步驟S402的四個濾色片組合，可獲得16個具有不同光譜分布的輻射源強度[M人;u(人)，…,4(A)]。5404、 將CCD成像設(shè)備的波長區(qū)間400nm ~ 700nm等分離散成 16個波長值；CCD的光譜響應(yīng)范圍一般是在380nm~ llOOnm之間，但由于大 多數(shù)應(yīng)用是為了滿足可見光情形的需求，其表面通常加有紅外截止濾 色片，使其有效的光譜范圍為400nm-700nm;將其等分離散成16 個波長值，結(jié)合本發(fā)明標定方法實施例一所構(gòu)造的數(shù)學(xué)物理方程組可 知，即,"二 (《-p+i) = 16 ，則波長間隔20nm，所以人依次為400nm、 420nm、440nm、…、700歸。5405、 利用CCD成像設(shè)備對步驟S403所組合的16個不同光譜輻射通量的高溫黑體源成像；在成像過程中，需保持成像的幾何位置、角度等參數(shù)不變。5406、 將CCD成像設(shè)備的圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理設(shè)備，讀取圖像像素的紅、綠、藍三通道測量值(即三通道顏色值)；分別用下角標R、 G、 B表示三個通道，則分析獲取的測量值即Cw,pC(;pq J 、 …、(C^6，Cg,6，C^6)。5407、 蓋上CCD成像設(shè)備的光學(xué)鏡頭后成像，將圖像也傳輸至數(shù)據(jù)處理設(shè)備，獲取三個通道的噪聲值( ,"c,",)。5408、 根據(jù)構(gòu)造的數(shù)學(xué)物理方程組(4)，求解可得到CCD成像 設(shè)備紅、綠、藍三個通道的相對光譜響應(yīng)數(shù)值h(訓(xùn)0"m),…^( 00"附)]、[rG(400腦)，…r(;(700,)] 、 [rs (400ww), — rB (700腦)],從而實現(xiàn)CCD成像 設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定。以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入 本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1、一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法，其特征在于，包括A、以已知光譜輻射分布的光源為測量物體，利用待標定的CCD成像設(shè)備對所述測量物體成像，獲取圖像并分析得到測量值；B、通過調(diào)整所述光源的熱力學(xué)溫度和/或采用濾色片，改變進入所述CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量；C、根據(jù)已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程，構(gòu)造描述所述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組；D、以不同的所述光譜輻射通量下所述CCD成像設(shè)備的測量值為已知量，求解所述數(shù)學(xué)物理方程組，以標定所述CCD成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性。
2、 如權(quán)利要求1所述的標定方法，其特征在于，所述光源為高 溫黑體源。
3、 如權(quán)利要求1所述的標定方法，其特征在于，所述濾色片為 在所述CCD成像設(shè)備的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的非灰性濾色片。
4、 如權(quán)利要求1至3任一項所述的標定方法，其特征在于，已 知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程為其中，/為所述CCD成像設(shè)備的任一探測通道，C,為所述圖像上 任 一像素點在通道/的測量值，/(A)為所述測量物體表面的光譜分布 強度，A(義)為所述CCD成像設(shè)備的綜合光譜響應(yīng)函數(shù)，^和人分別 為光譜響應(yīng)波長范圍的下限和上限，o為輻射傳輸?shù)姆枪庾V因子，， 為通道^的光強響應(yīng)函數(shù)，",為通道/的噪聲值；則所述步驟C進一步包括Cl、根據(jù)^對于所述輸出數(shù)據(jù)表現(xiàn)為線性，改寫所述已知的CCD 成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程(1)為積分方程c,=①.f r,(義) /(A)" + w, (2)J々其中r,.(^H",^(義)，。i為義的線性系數(shù)，r,.(;i)即為待標定的相對 光譜響應(yīng)函數(shù)；C2、將所述CCD成像設(shè)備的光譜響應(yīng)波長區(qū)間、 ;i,按等分離散成(《-P+i)個波長值，則改寫所述積分方程(2)為求和方程，c,=$l^"HW+", (3)C3、根據(jù)m個不同光譜輻射通量下的/(A)，并利用所述求和方 程(3)構(gòu)造CCD成像設(shè)備輻射傳輸測量的數(shù)學(xué)物理方程組，<formula>formula see original document page 0</formula>(4)其中，p+l)，且向量組塌)1線性無關(guān),
5、如權(quán)利要求4所述的標定方法，其特征在于，所述步驟D進 一步包括Dl、根據(jù)步驟B中所述光源熱力學(xué)溫度的調(diào)整和/或濾色片的采 用，獲取m個光譜分布強度值[/A),/2W，"、/m")];D2、根據(jù)步驟A中所述圖像的獲取及分析，獲取m個測量值[Cjf'/， G口，…Cz;附LD3、根據(jù)所述CCD成像設(shè)備的光學(xué)鏡頭蓋上后的成像，經(jīng)過測 量獲取得到噪聲值A(chǔ);D4、略去對相對光譜響應(yīng)特性無本質(zhì)影響的非光譜因子O)后，求解所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)得到待標定的相對光譜響應(yīng)函數(shù)值
6、 一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)，其特征在 于，包括測量物體，為已知光譜輻射分布的光源，由待標定的CCD成像 設(shè)備對所述測量物體進行成像；光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備，通過改變所述測量物體的熱力學(xué)溫度和 /或釆用濾色片對進入所述CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量進行調(diào)整；數(shù)據(jù)處理設(shè)備，通過對不同光譜輻射通量下所述CCD成像設(shè)備 的成像進行分析得到測量值，并以所述測量值為已知量，根據(jù)描述所 述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組求解得到 相對光譜響應(yīng)函數(shù)值，以對所述CCD成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性 進行標定。
7、 如權(quán)利要求6所述的標定系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為可調(diào)整熱力學(xué)溫度的高溫黑體源。
8、 如權(quán)利要求6所述的標定系統(tǒng)，其特征在于，還包括 濾色片組，包括多個線性無關(guān)且在所述CCD成像設(shè)備光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的非灰性濾色片，分別單獨設(shè)置于所述CCD成像設(shè)備前，用 于與所述光譜輻射通量調(diào)整設(shè)備連接，以設(shè)置不同的光譜輻射通量。
9、 如權(quán)利要求6至8任一項所述的標定系統(tǒng)，其特征在于，所 述數(shù)學(xué)物理方程組為<formula>formula see original document page 4</formula> (4)其中，o為輻射傳輸?shù)姆枪庾V因子；/為所述CCD成像設(shè)備的任 一探測通道；/(義)為所述測量物體表面的光譜分布強度；、和人分別 為光譜響應(yīng)波長范圍的下限和上限，且在所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)中將、 人按等分離散成(《-"i)個波長值；c,為所述ccD成像設(shè)備的成像上任一像素點在通道!'的測量值；",為通道/的噪聲值；m為不同光譜輻射通量的數(shù)目，且/7^(g-"i); ^(;i)為待標定的相對光譜響 應(yīng)函數(shù)。
10、如權(quán)利要求9所述的標定系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理 設(shè)備進一步包括光譜分布強度獲取單元，根據(jù)預(yù)設(shè)不同的光譜輻射通量獲取所述 m個光譜分布強度值[M人)，/2(^),…,/m(々)];圖像分析單元，根據(jù)所述CCD成像設(shè)備對所述測量物體的成像 分析并得到m個測量值[C^ &2，…C(附];噪聲分析單元，分析所述CCD成像設(shè)備在光學(xué)鏡頭蓋上后的成 像獲取噪聲值",；標定單元，分別與所述光譜分布強度獲取單元、圖像分析單元、噪聲分析單元連接，并根據(jù)所述數(shù)學(xué)物理方程組(4)，利用獲取的 [/,(4),/2(&),…,乙")]、[G口， C,口，…CWl及"i求解得到待標定的相對光 譜響應(yīng)函數(shù)值[r,(、)，r,(^)，…^(人)]，以標定所述CCD成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定方法，包括A.以已知光譜輻射分布的光源為測量物體，利用待標定的CCD成像設(shè)備對測量物體成像，獲取圖像并分析得到測量值；B.通過調(diào)整光源的熱力學(xué)溫度和/或采用濾色片，改變進入CCD成像設(shè)備的光譜輻射通量；C.根據(jù)已知的CCD成像設(shè)備輻射傳輸數(shù)學(xué)物理方程，構(gòu)造描述測量值與相對光譜響應(yīng)之間對應(yīng)關(guān)系的數(shù)學(xué)物理方程組；D.以不同光譜輻射通量下CCD成像設(shè)備的測量值為已知量，求解數(shù)學(xué)物理方程組，以標定CCD成像設(shè)備的相對光譜響應(yīng)特性。本發(fā)明還公開了一種CCD成像設(shè)備相對光譜響應(yīng)特性的標定系統(tǒng)。其實現(xiàn)的標定方法簡單有效，且可避免引入儀器的測量傳遞誤差。
文檔編號G01M11/02GK101294867SQ20081011432
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者楊臧健, 程曉舫, 符泰然 申請人:清華大學(xué)