用於確定光譜儀的校準參數的方法

2023-05-07 06:25:31

用於確定光譜儀的校準參數的方法
【專利摘要】本發明涉及用於確定光譜儀的校準參數的方法。一種圖像光譜儀包括法布裡-珀羅幹涉儀和具有色彩敏感像素的圖像傳感器。所述幹涉儀具有第一透射峰和第二透射峰。一種校準光譜儀的方法包括：提供具有窄譜峰的第一校準光；當參考譜峰在第一光譜位置附近時，通過將第一校準光耦合到光譜儀中而從圖像傳感器獲取第一探測器信號值；當參考譜峰在第二光譜位置附近時，通過將第一校準光耦合到光譜儀中而從圖像傳感器獲取第二探測器信號值；提供具有寬帶寬的第二校準光；並且通過將第二校準光耦合到光譜儀中而從圖像傳感器獲取第三探測器信號值。
【專利說明】用於確定光譜儀的校準參數的方法

【技術領域】
[0001] 本申請涉及光譜分析。

【背景技術】
[0002] 眾所周知，數位照相機可以包括一個用於將色彩分成紅色，綠色和藍色光譜分量 的拜耳濾波器。數位照相機的色彩平衡可以通過捕獲測試物的圖像進行校準。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的在於提供一種校準光譜儀的方法。本發明的目的在於提供一種使用 光譜儀的方法。本發明的目的在於提供一種校準光譜儀的電腦程式。本發明的目的在於 提供一種存儲校準光譜儀用的電腦程式的電腦程式產品。
[0004] 根據本發明的第一方面，提供一種根據權利要求1的方法。
[0005] 根據本發明的第一方面，提供一種根據權利要求10的電腦程式。
[0006] 根據本發明的第一方面，提供一種根據權利要求11的計算機可讀媒介。
[0007] 一種校準光譜儀（500)的方法可以包括：
[0008]-提供第一校準光（LB11)，具有狹窄譜峰（MPEAK)，
[0009]-當參考譜峰（MPEAK)接近第一光譜位置Uci)時，通過將第一校準光（LBll)耦 合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取第一探測器信號值（Sk(Aq)S c(Aq)),
[0010]-當參考譜峰（MPEAK)接近第二光譜位置（λ i)時，通過將第一校準光（LBll)耦 合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取第二探測器信號值（Sli(A1)S e(A1)), [0011]-提供第二校準光（LB20)，第二校準光（LB20)具有比第一校準光（LBll)更寬的 帶寬，
[0012] -通過將第二校準光（LB20)耦合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取 第三探測器信號值（SK，S e)，
[0013] -從第一探測器信號值（SkUq)ScUq))和第二探測器信號值（S kU1)ScU1)) 確定第一校準參數（Q)，並且
[0014] -從第三探測器信號值（SK，Se，Sb)和從第一校準參數（Q)確定第二校準參數（R)。
[0015] 一種校準光譜儀（500)的方法可以包括：
[0016]-提供第一校準光（LBll)，第一校準光（LBll)在可調光譜位置（λ M)處具有參考 譜峰（MPEAK)，
[0017] -當參考譜峰（MPEAK)基本上處於第一光譜位置（Aci)時，通過將第一校準光 (LBll)耦合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取第一探測器信號值（S kUq) Sg (入 0))，
[0018] -當參考譜峰（MPEAK)基本上處於第二光譜位置（A1)時，通過將第一校準光 (LBll)耦合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取第二探測器信號值（S kU1) Sg(A1)),
[0019] -從第一探測器信號值（sK (λ Q) Se (λ Q))和第二探測器信號值（SK (λ i) Se (λ i))確 定第一校準參數組（Q)，
[0020] -提供第二校準光（LB20)，其中第二校準光（LB20)的帶寬（Λ λ_Μ,2(ι)比參考譜 峰（MPEAK)的譜寬（Λ Xfwhm,Μ)更寬，
[0021] -通過將第二校準光（LB20)耦合進入光譜儀（500)，而從圖像傳感器（200)獲取 第三探測器信號值（SK，S e)，並且
[0022] -從第三探測器信號值（SK，Se)和從第一校準參數組（Q)確定第二校準參數組 (R)。
[0023] 當在後面階段監控未知光譜時，可以布置光譜儀以從圖像傳感器獲取探測器信號 值並且通過使用第二校準參數組而從探測器信號值來確定強度值。
[0024] 光譜儀可以包括法布裡-珀羅幹涉儀以及圖像傳感器。法布裡-珀羅幹涉儀包括 第一半透明鏡以及第二半透明鏡，它們布置為形成光腔。法布裡-珀羅幹涉儀可以提供兩 個或多個透射峰。通過使用在不同的波長處具有最大靈敏度的至少兩種類型的探測器像 素，可以區分以不同的幹涉儀透射峰透射的光譜分量。
[0025] 例如，通過改變鏡之間的距離，可以改變透射峰的光譜位置。可以通過改變鏡之間 的距離來改變透射峰的光譜位置。鏡之間的距離可以被稱為鏡間隙。法布裡-珀羅幹涉儀 可以具有可調鏡間隙。例如可以使用壓電致動器調整鏡間隙。
[0026] 兩個或多個透射峰可以與圖像傳感器的探測器像素的光譜靈敏度匹配，從而在 高光譜解析度下可以將光譜儀用於快速光譜分析。光譜儀可以基本上同時測量例如在兩 個，三個，四個或五個波長下的光譜強度。可以對光譜儀進行布置從而在圖像傳感器上形成 物體的圖像，並且可以基本上同時測量物體的兩個或多個不同部分的光譜強度。光譜儀可 以捕獲法布裡-珀羅幹涉儀的兩個或更多個窄波長帶（即，透射峰）處物體的二維圖像。
[0027] 通過使用光譜儀，可以快速測量光譜強度。通過使用光譜儀，可以從物體收集更多 的光譜信息。
[0028] 為了準確的測量，可能需要對光譜儀進行校準。校準可以包括將窄帶校準光耦合 進入光譜儀中並且將寬帶校準光耦合進入光譜儀中。窄帶校準光的波長在校準期間可以變 化。
[0029] 在一個實施例中，校準可以包括：將基本上單色的校準光耦合進入光譜儀中，並且 在相關光譜範圍上掃描單色校準光的波長而不改變鏡間隙。例如可以通過經過使用掃描單 色器來過濾滷素鎢燈的光而提供窄帶校準光。可以在預定的範圍（例如，從500nm到900nm， 或者從400nm到760nm)上掃描波長。在將預定波長範圍掃描後，可以稍微改變鏡間隙。對 每個相關鏡間隙值可以隨後重複單色器的波長掃描。
[0030] 在一個實施例中，校準可以包括：將基本上單色的校準光耦合進入光譜儀中，並且 掃描鏡間隙值而不改變單色校準光的波長。掃描鏡間隙的步驟可以被選擇成使得相應的透 射峰移位在0. Inm到20nm的範圍內。在相關的鏡間隙值範圍已經被掃描後，單色校準光的 波長可以改變。對每一個相關的單色校準光波長可以重複鏡間隙值的掃描。
[0031] 初步校準參數組可以從在用窄帶光的校準期間從圖像傳感器中獲取的探測器信 號值確定。用窄帶光的校準還可以允許檢查和/或校準法布裡-珀羅幹涉儀的透射峰的光 譜位置。初步校準參數可以包括例如矩陣Q的元素值（參見例如等式4a)。
[0032] 校準可以進一步包括將寬帶校準光耦合進入光譜儀。寬帶校準光可以例如由滷素 鎢燈提供。可以通過使用寬帶校準光的已知光譜強度對初步校準參數進行修改。可以針對 第一鏡間隙值和針對第二不同鏡間隙值確定校準參數。可以針對每一個相關的鏡間隙值執 行用寬帶校準光的校準。
[0033] 使用窄帶校準光的校準階段可以提供除了強度校準之外的波長校準。然而，通過 使用窄帶校準光而確定的校準參數可能僅僅是近似的，並且通過使用窄帶校準光的校準可 能是費時的。用寬帶校準光的校準可以較快執行並且它可以改進校準參數的準確性。
[0034] 在一個實施例中，用窄帶光的校準在光譜儀的使用壽命期間僅執行一次，其中用 寬帶校準光的校準可以例如每天或者每月執行。
[0035] 在一個實施例中，製造批次中的僅一臺光譜儀通過使用窄帶光進行校準，其中通 過使用窄帶光確定的校準參數可以用於製造批次的其它光譜儀。可以通過使用寬帶光來校 準所述光譜儀而對製造批次的每個光譜儀的校準進行補充。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 在下面的實例中，本發明的實施例將參考附圖進行更詳細描述，其中
[0037] 圖1示出光譜儀，
[0038] 圖2a示出圖像傳感器，
[0039] 圖2b示出圖像傳感器，
[0040] 圖2c示出包括第一探測器陣列和第二探測器陣列的圖像傳感器，
[0041] 圖2d示出包括疊加在第二探測器陣列上的第一探測器陣列的圖像傳感器，
[0042] 圖3通過實例的方式示出從物體接收的光的光譜，
[0043] 圖4示出圖像傳感器上形成的圖像的各部分，
[0044] 圖5a通過實例的方式示出光譜儀的光譜靈敏度函數和光譜通帶，
[0045] 圖5b通過實例的方式示出光譜儀的光譜靈敏度函數和光譜通帶，
[0046] 圖6通過實例的方式示出針對法布裡-珀羅幹涉儀和圖像傳感器的組合的光譜靈 敏度函數，
[0047] 圖7a示出關於幹涉儀的透射峰對窄帶校準光波長的掃描，
[0048] 圖7b示出在光譜範圍上積分探測器信號，
[0049] 圖8a示出校準峰的光譜強度，其具有基本上矩形的輪廓，
[0050] 圖8b示出校準峰的光譜強度，其具有基本上梯形的輪廓，
[0051] 圖8c示出校準峰的光譜強度，其具有基本上三角形的輪廓，
[0052] 圖8d示出校準峰的光譜強度，其具有洛侖茲輪廓，
[0053] 圖8e示出比幹涉儀的透射峰更寬的校準峰，
[0054] 圖9a示出用於執行強度校準的第一階段的第一系統，
[0055] 圖9b通過實例的方式示出用於執行強度校準的第一階段的光的光譜強度，
[0056] 圖IOa示出用於執行強度校準的第二階段的第二系統，
[0057] 圖IOb通過實例的方式示出用於執行強度校準的第二階段的光的光譜強度，
[0058] 圖IOc通過實例的方式示出光譜強度曲線的一部分，其展示透射峰附近基本上線 性變化，
[0059] 圖11示出用於執行強度校準和光譜分析的方法步驟，
[0060] 圖12a示出幹涉儀的透射峰以及探測器像素的靈敏度函數，以及 [0061] 圖12b示出當使用寬帶光時作為鏡間隙的函數的探測器像素的信號值。

【具體實施方式】
[0062] 參考圖1，光譜儀500可以包括圖像傳感器200以及法布裡-珀羅幹涉儀100。物 體OBJl可以反射，發射和/或透射光LBl，其可以耦合進入光譜儀500中從而監控光LBl的 光譜。光譜儀500可以用於測量物體OBJl的反射，透射（吸收）和/或發射。
[0063] 法布裡-珀羅幹涉儀100包括第一半透明鏡110和第二半透明鏡120。第一鏡110 和第二鏡120之間的距離等於鏡間隙d。鏡間隙d可以是可調的。
[0064] 法布裡-珀羅幹涉儀100可以提供兩個或多個透射峰，其中透射峰的光譜位置可 以取決於鏡間隙d(參見例如附圖5a)。可以通過改變鏡間隙d來改變透射峰的光譜位置。 透射峰也可以被稱為法布裡-珀羅幹涉儀的通帶。
[0065] 法布裡-珀羅幹涉儀100可以通過過濾光LBl而形成透射光LB2。幹涉儀100可 以與圖像傳感器200光學耦合。透射光LB2可形成被圖像傳感器200捕獲的圖像IMGl。透 射光LB2可以射到圖像傳感器200上。
[0066] 可以布置致動器140從而相對於第二鏡120移動第一鏡110。致動器140可以是 例如壓電致動器。
[0067] 鏡110,120可以為基本上平面並且基本上互相平行。半透明鏡110,120可以包括 例如金屬反射層和/或反射電介質多層。鏡110,120之一可以附連到框架700,並且另一鏡 可以通過致動器140移動。
[0068] 光譜儀500包括控制單元CNTl。可以布置控制單元CNTl來向幹涉儀100發送控 制信號SETD，從而調整鏡間距d。幹涉儀100可以包括驅動單元145。驅動單元145可以例 如將數位訊號SETD轉換為適合於驅動致動器140的模擬信號。驅動單元145可以提供例 如用於驅動壓電致動器140的高壓信號。
[0069] 光譜儀500可以包括電容器板151，152用於監控實際鏡間隙值d。電容器板151， 152可以共同形成電容C d。電容器板151可以附連到第一鏡110,並且第二電容器板152可 以附連到第二鏡120。電容Cd的值可以表示鏡間距d。電容器板151，152可以例如通過導 體155連接到電容監控單元150。電容監控單元150可以提供表示板151，152的電容C d的 反饋信號Sd。電容監控單元150可以提供表示鏡間距d的反饋信號Sd。
[0070] 光譜儀500可以包括成像光學系統300。可以布置成像光學系統300從而在圖像 傳感器200上形成物體OBJl的一個或多個二維光學圖像MGl，MG2。特別地，可以布置成 像光學系統300從而將光LB2聚焦到圖像傳感器200。成像光學系統300可以包括例如一 個或多個折射透鏡和/或一個或多個反射表面（例如，拋物面反射器）。成像光學系統300 可以位於例如幹涉儀100和圖像傳感器200之間和/或物體OBJl和幹涉儀100之間。成 像光學系統300的一個或多個部件也可以位於幹涉儀300之前，並且成像光學系統300的 一個或多個部件可以位於幹涉儀300之後。
[0071] 圖像傳感器200可以將一個或多個光學圖像MGl，MG2轉換成數字圖像，其包括 多個從圖像傳感器200獲取的探測器信號S K，Se，Sb。數字圖像可以為二維數字彩色圖像。 可以布置圖像傳感器200從而捕獲物體OBJl的數字圖像。可以布置光譜儀500從而在圖 像傳感器200上形成物體OBJl的圖像MGl，並且基本上同時測量物體OBJl的兩個或多個 不同部分的光譜強度，而無須改變光譜儀500相對於物體OBJl的方位。光譜儀可以在法布 裡-珀羅幹涉儀100的兩個或多個波長帶（即透射峰PEAKl，PEAK2)處捕獲物體OBJl的二 維圖像MGl。
[0072] 圖像傳感器200可以包括光探測像素的二維陣列P1，P2，P3 (參見圖2a和2b)。圖 像傳感器200可以包括第一二維光探測像素陣列Pl以及第二二維光探測像素陣列P2(參 見圖2c，2d)。光探測像素的二維陣列也可以被稱作探測器陣列。
[0073] 探測器陣列可以是例如CMOS圖像傳感器（互補金屬氧化物半導體）或者C⑶圖 像傳感器（電荷耦合器件）。SX，SY和SZ表示正交方向。光LB2可以基本上沿著SZ方向 傳播。圖像傳感器200可以基本上與方向SX和SY限定的平面平行。
[0074] 圖像傳感器200可以例如在紫外，可見和/或紅外區域中是敏感的。可以對光譜 儀500布置以測量例如在紫外，可見和/或紅外區域中的光譜強度。
[0075] 光譜儀500可以包括用於存儲校準參數CALPAR1的存儲器MEMl。由探測器信號SK， Se，Sb通過使用校準參數CALPAR1可以確定光LBl的一個或多個強度值。校準參數CALPAR1 可以包括例如矩陣R，其中可以由測量的探測器信號值通過使用矩陣R計算強度值（參見等 式 9c)。
[0076] 反饋信號Sd可以用於監控鏡間隙d的實際值。對於每一類型的像素 Pl，P2, P3， 可以作為鏡間隙d的函數已經對光譜儀500的響應進行校準。光譜儀500可以包括用於存 儲校準參數DPAR2的存儲器MEM2。例如通過使用校準參數DPAR2,可以由反饋信號值S d確 定實際鏡間隙值d。
[0077] 光譜儀500可以任選地包括一個用於存儲輸出OUTl的存儲器MEM3。輸出OUTl可 以包括例如探測器信號S K，Se，Sb和/或從探測器信號SK，Se，S b確定的強度值。輸出OUTl 可以包括物體OBJl的一個或多個數字圖像。
[0078] 可以對光譜儀500布置以從圖像傳感器200獲取探測器信號值SK，Se，S b並且通過 使用校準參數CALPAR1 (例如矩陣R)由探測器信號值SK，Se，Sb確定強度值Xn，X n+1。可以對 光譜儀500布置以將測得的強度值Xn與參考值比較或者將測得的強度值的比率X n / Xn+1 與參考值比較。光譜儀500可以包括一個用於存儲電腦程式PROGl的存儲器MEM4。可以 對電腦程式PROGl進行配置以當由一個或多個數據處理器（例如CNTl)執行時從圖像傳 感器200獲取探測器信號值S K，Se，Sb並且通過使用校準參數CALPAR1 (例如矩陣R)由探測 器信號值SK，Se，Sb確定強度值X n，Xn+1。
[0079] 光譜儀500可以任選地包括用戶界面USRl，例如用於顯示信息和/或接收命令。 用戶界面USRl可以包括例如顯示器，鍵盤和/或觸控螢幕。
[0080] 光譜儀500可以任選地包括通訊單元RXTXl。通訊單元RXTXl可以發送和/或接收 信號C0M1，例如從而接收命令，接收校準數據，和/或發送輸出數據0UT1。通訊單元RXTXl 可以能夠進行有線和/或無線通訊。通訊單元RXTXl可以能夠與局域無線網（WLAN)，與因 特網和/或與行動電話網絡通訊。
[0081] 光譜儀500可以實施為單一物理單元或者為分離單元的組合。在一個實施例中， 單元100, CNT1，MEM1，MEM2, MEM3, MEM4, USR1，RXTXl可以在同一個殼體中實施。在一個實 施例中，單元 1〇〇,200 可以遠離單元 CNTl，MEMl，MEM2, MEM3, MEM4, USRl，RXTXl。特別地， 第一行動裝置可以包括單元100,200,並且可以布置第一行動裝置從而經由無線電鏈路把 探測器信號SK，S e，Sb傳送到第二設備。第二行動裝置可以包括單元CNTl，MEMl從而從接收 自第一行動裝置的探測器信號S K，Se，Sb確定強度值。
[0082] 光譜儀500可以任選地包括一個或者多個光學截止濾波器410,420從而限制圖像 傳感器200的光譜響應。濾波器410,420可以限定光譜儀500的光譜範圍。濾波器410， 420可以位於幹涉儀500之前和/或之後。
[0083] 光譜儀500可以任選地包括例如透鏡和/或孔，其被布置用於限制透過幹涉儀 100的光LB2的發散，從而為透射峰PEAK1，PEAK2提供窄帶寬。光LB2的發散可以限制到 例如小於或者等於5度。對光譜測量做出貢獻的光LB2的發散也可以受圖像傳感器200的 尺寸限制。
[0084] 圖2a和2b示出了在圖像傳感器200的探測器陣列201上形成的物體OBJl的光 學圖像MG1。光譜儀500的成像光學系統300可以在探測器陣列201上形成物體OBJl的 圖像頂G1。光學圖像MGl可以同時覆蓋多個探測器像素 Pl，P2從而在二維圖像MGl的 不同點處分析光譜的空間變化。圖像頂Gl可以覆蓋例如在SX方向上的四個或者更多個相 鄰像素 Pl，P2以及在SY方向上的四個或更多個相鄰像素。
[0085] 參考圖2a，探測器陣列201可以包括多個光探測像素 Pl，P2。圖像傳感器200可 以包括例如兩種類型的像素 P1，P2,其中第一像素 Pl可以具有第一光譜靈敏度ηκ( λ)，而 第二像素 Ρ2可以具有第二不同的光譜靈敏度！^(λ)。第一光譜靈敏度ηκ(λ)和第二光 譜靈敏度ne( λ)可以被選擇為使得第二光譜靈敏度Iie(A)不能通過將第一光譜靈敏度 Πκ(λ)乘以常數來提供。換句話說，第一像素 Pl和第二像素 Ρ2可以對不同的色彩敏感。 光譜靈敏度ηκ(λ)，IU(A)可以例如通過在光探測器陣列上放置微型光濾波器陣列來實 施。例如可以根據棋盤圖案布置像素 Ρ1，Ρ2。
[0086] 在一個實施例中，像素 Pl可以僅對例如紅光敏感，並且像素 Ρ2可以僅對綠光敏 感。
[0087] 在一個實施例中，第一組探測器像素 Pl可以實施為沒有光濾波器，並且第二組探 測器像素 Ρ2可以實施為具有光濾波器。例如，像素 Pl可能對白光敏感，而像素 Ρ2可能對 綠光和藍光敏感但是對紅光不敏感。
[0088] 參考圖2b，圖像傳感器200可以包括例如布置成拜耳矩陣的多個光探測像素 Ρ1， P2, P3。像素 Pl可以對紅光敏感，像素 P2可以對綠光敏感，並且像素 P3可以對藍光敏感。 這種類型的圖像傳感器通常用於數位相機。
[0089] 參考圖2c，圖像傳感器200可以包括第一探測器陣列201和第二探測器陣列202。 第一探測器陣列201可以包括探測器像素 P1，並且第二探測器陣列202可以包括探測器像 素 P2。光LB2可以通過分束器203分配到探測器陣列201，202中。分束器203可以是例如 分色鏡或者分色稜鏡。對圖像傳感器200可以進行布置以操作使得第一探測器像素 Pl具 有第一光譜靈敏度(λ)，並且第二探測器像素 P2具有第二不同的光譜靈敏度η以入）。 例如，像素 Pl可以對紅光具有最1?靈敏度，像素 P2可以對綠光最靈敏。圖像傳感器200可 以任選地包括第二分束器203以及第三探測器陣列從而實施探測器像素 P3。像素 P3可以 對例如藍光具有最高靈敏度。
[0090] 參考圖2d，圖像傳感器200可以包括堆疊在彼此之上的探測器陣列201，202。在 這種情況下，探測器陣列201可以為半透明的。
[0091] 圖像傳感器200的像素 Pl可以提供探測器信號值Sk。圖像傳感器200的像素 P2 可以提供探測器信號值Se。圖像傳感器200的像素 P3可以提供探測器信號值SB。
[0092] 圖3通過實例的方式示出了物體OBJl接收的光LBl的光譜強度I ( λ )。特別地， 曲線OSPECl可以表示從物體OBJl的某一點接收的光LBl的光譜強度I ( λ )。
[0093] 光譜強度Ι(λ)可以在波長Aci處具有值Xn，在波長A 1*具有值Χη+1，且在波長 入2處具有值Χη+2。通過使用光譜儀500可以測量值Χ η，Χη+1，Χη+2。可以由從圖像傳感器200 獲取的探測器信號S K，Se，Sb通過使用校準參數CALPAR1確定值Χη，Χ η+1，Χη+2。可以在獲取探 測器信號SK，Se，S b之前通過調整鏡間隙d來選擇波長Xtl, X1, λ 2。標號Xn(d)表不波長 λ C1處的值Xn可以通過調整鏡間隙到值d來測量。標號Xn+1⑷表示波長λ i處的值Xn+1可 以通過調整鏡間隙到值d來測量。標號Xn+2(d)表示波長λ 2處的值Xn+2可以通過調整鏡間 隙到值d來測量。
[0094] 鏡間隙d可以在測量期間保持基本上恆定從而提供快速響應。換句話說，鏡間隙d 無需被掃描。特別地，鏡間隙d可以保持基本上恆定從而可以同時測量具有快速波動強度 的光LBl的強度值。鏡間隙d可以保持基本上恆定從而確定具有快速波動強度的光LBl 的強度值的比率。
[0095] 在測量期間也可以掃描鏡間隙d從而測量物體OBJl的較寬光譜。
[0096] 物體OBJl可以是真實的物體。物體OBJl可以是例如以固體，液體或者氣體形式。 物體OBJl可以是例如植物（例如，樹或者花），燃燒火焰，或者漂浮在水上的漏油。物體可 以是例如太陽或者通過吸收氣體層觀測到的星星。物體OBJl可以是由另一臺光學設備形 成的光學圖像。
[0097] 例如，物體OBJl可以是例如綠色植物，並且曲線OSPECl可以表示葉綠素的反射 譜。例如，可以將值X n，Xn+1的比率（Xn / Xn+1)與參考值比較從而確定植物的狀態。植物可 以包括若干片樹葉，並且光譜儀500的成像屬性可以用於例如分析植物每片樹葉的狀況， 而無需改變光譜儀500的方位。
[0098] 圖4示出了圖像傳感器200的探測器陣列201上形成的光學圖像MG1。傳感器 200的成像區域可以分成兩個或者更多部分SUB U1，... SUBi,」，...，傳感器部分 可以布置成例如兩行或者更多行以及兩列或者更多列。列的數量可以等於MAXi，並且行的 數量可以等於MAXj。例如81個傳感器部分可以布置為9列9行。傳感器部分可以不重疊 或者部分重疊。
[0099] 第一傳感器部分SUBui的探測器像素 Pl，P2, P3可以提供探測器信號Sm, SB,u。第二傳感器部分SUBiij的探測器像素 Pl，P2, P3可以提供探測器信號S1^j, Sb,i,』。第三傳感器部分SUBmi,應』的探測器像素 Pl，P2, P3可以提供探測器信號S^maxImxj, Sg, ?\Xi, MXjj Sb, MXi, MXj ?
[0100] 可以對於每個空間不同的部分SUBu，. . . SUBi,j. . .，SUBMXi,MXj測量一組強度值Xn， Xn+1，Xn+2。因此，源自物體OBJl不同部分的光LBl可以被單獨地分析。
[0101] 第一組強度值Xml,;!,Xn^1,X n^1可以由探測器信號ShpShpSh1來確定。第 二組強度值Xn,i,j，Xn+1,i,』，Χη+2，υ可以由探測器信號S 1^j, Snj來確定。第三組強度 -^-n, MAXi, MAXj? ^n+1, MAXi, MAXj ? ^n+2, MAXi, MXj可以由探測器信號 Sr, MAXijMAXji SG?MAXi? ^iaxj-? SBjMAXijMAXj- 來確 定?標可 Xn，i，i (d)，Xn+1，L i (d)，Xn+2, L i (d)，Xn，L j (d)，Xn+1 i，j，i (d)，Xn+2 i，(d) ? Xn，MAXi，MAXj (d)，Xn+1, MXi,MXj(d)， -^-n+2, MAXijMAXj (d)表示可以通過調整鏡間隙到值d來測量強度值。
[0102] 圖像傳感器200可以包括一個或者多個探測器陣列201,202。每個傳感器部分 SUBm的像素P1，P2，P3可以放置在相同的探測器陣列201上或者不同的探測器陣列201， 202 上。
[0103] 在一個實施例中，可以對於每個不同的傳感器部分SUB1,i，...SUBi,」，...， SUBmxiimxj確定校準參數（例如矩陣R)。第一傳感器部分的校準參數可以與第二傳感器部 分的校準參數略有偏差。位於圖像傳感器200的中心的第一傳感器部分的校準參數可以與 位於所述圖像傳感器200外圍附近的第二傳感器部分的校準參數不同。
[0104] 圖5a通過實例方式示出了光譜儀500的不同部分的光譜透射率和光譜靈敏度。
[0105] 圖5a最上面的曲線示出法布裡一珀羅幹涉儀100的光譜透射率Tf ( λ )。光譜透 射率Tf ( λ )可以具有法布裡--珀羅幹涉儀100的相鄰透射峰ΡΕΑΚ1，ΡΕΑΚ2, ΡΕΑΚ3。第 一透射峰PEAKl可以在波長λ ^處，第二透射峰ΡΕΑΚ2可以在波長λ i處，並且第三透射峰 PEAK3可以在波長\2處。峰PEAK1，PEAK2，PEAK3的光譜位置X tl, X1, λ2可以通過改變 鏡間隙d而移位。相鄰峰之間的自由光譜範圍FSR取決於鏡間隙d。
[0106] 從上數第二條曲線示出了圖像傳感器200的第一像素Pl的光譜靈敏度ηκ(λ)。 從上數第三條曲線示出了圖像傳感器200的第二像素Ρ2的光譜靈敏度！!，（λ)。從上數第 四條曲線示出了圖像傳感器200的第三像素Ρ3的光譜靈敏度η Β(λ)。第一像素Pl可以 被稱為例如紅色像素，第二像素Ρ2可以被稱為例如綠色像素,並且第三像素可以被稱為例 如藍色像素。
[0107] 光譜儀500可以任選地包括一個或多個光學截止濾波器410,420從而限制光譜儀 500的光譜響應。一個或者多個濾波器410,420可以共同提供光譜透射率T s(A)。光譜透 射率TsU)可以具有通帶TsU)，其進而可以具有截止波長和/或λ_。例如當探 測器像素對在波長A min和λ_所細化的範圍之外的光不敏感時，光學濾波器410,420可以 省略。當從物體OBJl所接收的光LBl不包含在波長λ _和λ _所細化的範圍之外的波長 處的光譜分量時，光學濾波器410,420可以省略。
[0108] 當圖像傳感器200包括具有三個（或更多）不同靈敏度曲線的像素Ρ1，Ρ2，Ρ3時， 可以選擇截止波長A min和λ _以及鏡間隙d，從而波長和λ _定義的光譜範圍僅包 含法布裡-珀羅幹涉儀的三個透射峰ΡΕΑΚ1，ΡΕΑΚ2, ΡΕΑΚ3。
[0109] 參考圖5b，圖像傳感器200可以包括：第一像素Ρ1，具有靈敏度曲線ηκ(λ);以 及第二像素Ρ2,具有靈敏度曲線！^(λ)。像素Pl可以提供探測器信號值S K。當像素Pl對 射到像素Pl上的光LB2的光譜分量敏感時，像素Pl可以提供非零信號值SK。
[0110] 圖像傳感器200的不同靈敏度曲線ηκ(λ)，η<;(λ)，η Β(λ)的數量可以等於或 者高於截止波長Amin和λ _之間所存在的透射峰的數量。當圖像傳感器200包括具有兩 個（或更多）不同靈敏度曲線的像素Pl，Ρ2時，截止波長Amin和λ _以及鏡間隙d可以 被選擇成使得波長Amin和λ _定義的光譜範圍僅包含法布裡-珀羅幹涉儀的兩個透射峰 ΡΕΑΚ1，ΡΕΑΚ2。第一像素Pl的靈敏度曲線ηκ(λ)可以如此之寬從而第一像素Pl對第一 波長λ ^處的光譜分量敏感並且對第二波長A1處的光譜分量也敏感。當使用具有相對少 量的不同靈敏度曲線ηκ(λ)，ne(A)，ηΒ(λ)的圖像傳感器200時，這可以為光譜儀500 提供寬闊連續的光譜調諧範圍。然而，第一像素 Pi也可以對第三波長λ2處的光譜分量敏 感。然而，第一像素可以對所有在λ jp A1之間的波長敏感。
[0111] 光譜儀500可以包括具有可調鏡間隙d的法布裡-珀羅幹涉儀100以及圖像傳感 器200,其中圖像傳感器200可以包括多個第一像素 Pl和多個第二像素 P2,使得布置像素 Pl，P2從而檢測透過法布裡-珀羅幹涉儀100的光LB2。第一像素 Pl可以具有第一靈敏度 函數Πκ(λ)，第二像素 P2可以具有第二不同的靈敏度函數！^(λ)，法布裡-珀羅幹涉儀 100可以具有第一透射峰PEAKl和第二透射峰ΡΕΑΚ2,並且第一像素 Pl可以被布置以檢測 第一透射峰PEAKl的光譜位置λ ^處的光以及還檢測第二透射峰ΡΕΑΚ2的光譜位置λ i處 的光。
[0112] 圖6通過實例的方式示出當射到像素 Pl，P2, P3上的光透過法布裡-珀羅幹涉儀 100時光譜儀500的光譜響應曲線hK( λ，d), he( λ，d), hB( λ，d)。hK( λ，d)表示幹涉儀 100和第一像素 Pl的組合的光譜響應，he( λ，d)表示幹涉儀100和第二像素 P2的組合的 光譜響應，並且hB ( λ，d)表示幹涉儀100和第三像素 P3的組合的光譜響應。
[0113] 光譜響應函數hKU，d)可以形成為函數ΤΡ(λ)，η κ(λ)和10)的乘積。函數 ΤΡ(λ)，ηκ(λ)和1(入）的實例例如在圖5a和5b中示出。光譜響應函數111((入，d)可以 形成為函數Τ Ρ(λ)，ηκ(λ)和10)的乘積。光譜響應函數hcU，d)可以形成為函數 Τρ(λ )，IieO )和以入）的乘積。光譜響應函數^入，d)可以形成為函數Τρ(λ )，ηΒ(λ ) 和TsU)的乘積。
[0114] hE(A,d) = ηΕ(λ )Τρ(λ , d)Ts(A ) (la)
[0115] hG ( λ , d) = n G ( λ ) Tf ( λ , d) Ts ( λ ) (lb)
[0116] hB ( λ , d) = η B ( λ ) Tf ( λ , d) Ts ( λ ) (Ic)
[0117] 可以通過改變鏡間隙d的值而改變光譜響應曲線hK( λ，d)，he( λ，d)，hB( λ，d) 的峰值的光譜位置Xtl, λ ρ λ 2。
[0118] 每個光譜響應函數hKU，d)，heu，d)，h BU，d)的每個峰值上的積分值可以通 過使用下列等式進行計算

【權利要求】
1. 一種用於確定光譜儀（500)的校準參數的方法，其中光譜儀（500)包括具有可調鏡 間隙（d)的法布裡-珀羅幹涉儀（100)和圖像傳感器（200)，圖像傳感器（200)包括多個 第一像素 （Pl)和多個第二像素 （P2)，像素 （Pl，P2)布置為檢測透過法布裡-珀羅幹涉儀 (100)的光（LB2)，所述第一像素 （Pl)具有第一靈敏度函數（以(4)，所述第二像素 （P2) 具有第二不同的靈敏度函數)，法布裡-珀羅幹涉儀（1〇〇)具有第一透射峰（PEAK1) 和第二透射峰（PEAK2)，第一像素 （Pl)布置為檢測在第一透射峰（PEAKl)的光譜位置（I ) 處的光以及在第二透射峰（PEAK2)的光譜位置（.? )處的光， 所述方法包括： -提供第一校準光（LB11 )，第一校準光（LB11)在可調光譜位置（D處具有參考譜峰 (MPEAK)， -當參考譜峰(MPEAK)基本上處於第一光譜位置（Λ )時，通過將第一校準光（LBll)耦 合到光譜儀（500)中來從圖像傳感器（200)獲取第一探測器信號值（? , & )， -當參考譜峰(MPEAK)基本上處於第二光譜位置（為）時，通過將第一校準光（LBll)耦 合到光譜儀（500)中來從圖像傳感器（200)獲取第二探測器信號值（? , Sfe )， -根據第一探測器信號值（?, 4 )和第二探測器信號值（?, 4 )確定第一組校準參 數(Q)， -提供第二校準光（LB20)，其中第二校準光（LB20)的譜帶的譜寬（Δ/ν_Μ)比參考譜 峰（MPEAK)的譜寬)寬， -通過將第二校準光（LB20)耦合到光譜儀（500)中來從圖像傳感器（200)獲取第三探 測器信號值（4)，並且 -根據第三探測器信號值（? , S13 )和第一組校準參數（Q)確定第二組校準參數（R)。
2. 根據權利要求1所述的方法，包括：通過在包括第一光譜位置（Λ )的光譜範圍 (RNGl)上掃描參考譜峰（MPEAK)的光譜位置Um )而從圖像傳感器（200)獲取一組探測器 信號值，並且將所述一組探測器信號值求和。
3. 根據權利要求1所述的方法，包括：通過在包括參考譜峰(MPEAK)的光譜位置Uiki ) 的光譜範圍（RNGl)上掃描第一透射峰（PEAKl)的光譜位置（為）而從圖像傳感器（200)獲 取一組探測器信號值，並且將所述一組探測器信號值求和。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的方法，其中通過經過使用單色器（FILl)來過濾寬 帶光源（SRCl)的光，提供第一校準光（LB11)。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的方法，包括：根據所述第一組校準參數形成第一 矩陣（Q)，通過將第一矩陣（Q)求逆來確定第二矩陣（K)，以及根據所述第二矩陣（K)和所述 第三探測器信號值（? , 4 )確定第二組校準參數（R)。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其中第二校準光（LB20)的譜帶（REFSPEC2) 包括第一光譜位置（4)，並且其中譜帶的譜寬基本上比第一透射峰（PEAKl)的 譜寬（1----!* )寬。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的方法，包括：通過在圖像傳感器（200)上形成物體 (OBJl)的圖像（MGl)來從圖像傳感器（200)獲取第四探測器信號值（?,?),並且通過使 用第二組校準參數（R)而根據所述第四探測器信號值（? , 4 )確定強度值（A w )。
8. 根據權利要求7所述的方法，包括將強度值（Xm )與參考值比較或者將強度值的比 率（/ JTS+1)與參考值比較。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的方法，包括： -用光學濾波器定義截止波長d , 4·* )， -將光（LB20)耦合到光譜儀（500)中， -調整鏡間隙（d)，並且 -監控作為鏡間隙（d)的函數的探測器信號（?)以便確定與截止波長d , )關 聯的反饋信號值（?. CPT )和/或以便確定與截止波長（.U , 4? )關聯的鏡間隙值)。
10. -種電腦程式（PR0G2)，在被至少一個數據處理器（CNT2)執行時用於執行根據 權利要求1-9中任一項所述的方法。
11. 一種存儲電腦程式（PR0G2)的計算機可讀介質（MEM7)，所述電腦程式在被至 少一個數據處理器（CNT2)執行時用於執行根據權利要求1-9中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01J3/28GK104390703SQ201310654165
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2012年10月11日
【發明者】H·薩亞裡, J·梅克南, C·霍姆倫德, U·坎託傑維, J·安蒂拉, R·曼尼拉 申請人:Vtt科技研究中心