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专利号: 2019104437903
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:所述的CCD自适应积分时间与频谱可视化系统包括频谱分布数据采集部分、参数估计部分、文件管理部分和频谱图绘制部分,所述频谱分布数据采集部分通过智能手机的WIFI连接频谱分布采集装置,从装置中获取频谱分布数据;所述参数估计部分通过频谱数据求出相应的参数,并将其展示在ListView中;所述频谱绘制部分基于Android开发的View类实现图形的绘制,并采用双缓冲机制加快色品图的展示,解决了可视化过程中频谱图加载缓慢和卡顿的问题;所述文件管理部分从服务端获得的频谱数据保存到SD卡中。

2.如权利要求1所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:频谱可视化系统APP软件通过TCP/IP协议与频谱采集装置交互,APP向装置发送给定CCD积分时间的频谱分布数据采集命令,装置接收到指令后,按照指令指定的积分时间进行频谱分布数据采集并向APP传送采集数据。

3.如权利要求1或2所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:所述频谱分布采集装置中CCD的积分时间是由智能手机APP自适应控制的,APP对采集到的频谱分布数据进行分析,如果数据处于饱和状态,说明光源太强或者积分时间太长,需要降低积分时间;如果数据偏低,说明积分时间太短,需要增加积分时间。

4.如权利要求3所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:记线阵CCD包含的光传感器像素点个数为N,第k个像素点对应的波长为λk,第k个像素点的零漂为Vd,k,像素点的最大饱和输出电压为Vsat,比例系数C1=C2=2,CCD积分时间自适应控制方法包括以下步骤:

1)令i=0,给定一个较短的积分时间ti;

2)向采集装置发送命令,获得积分时间为ti、包含了零漂的每个像素点的输出电压

3) 减去零漂Vd,k,得到仅与积分时间相关的频谱分布数据Vk(ti),也即

Vk(ti)包含了测量误差;

4)对Vk(ti)作归一化处理,得到相对电压值,也即RVk(ti)=Vk(ti)/Vsat;

5)把归一化区间[0,1]划分为积分时间不充分区[0,1/8)、积分过饱和区(7/8,1]和线性区[1/8,7/8],记RVi为第i次积分时间N个相对电压值中的最大值,也即RVi=maxkRVk(ti),根据RVi落在哪个区间,得到下一次测量的积分时间ti+1,也即式中, 在这里,假

定了RVi=1/2时的ti为最优的积分时间,因为它兼顾了积分时间和CCD的输出值;

6)当RVi∈[1/4,3/4]时,如果i≥1,并且RVi-1在非线性区间[0,1/8),更新比例系数C1,C1=C1+μ(RVi-1/2)如果RVi-1在非线性区间(7/8,1],更新比例系数C2,

C2=C2+μ(RVi-1/2)

式中,μ为学习速率,这里取μ=0.1;

同时,积分时间为ti时获得的光谱分布数据在合理的范围内,跳出循环,结束;

7)当RVi∈[1/8,1/4)和RVi∈(3/4,7/8]时,虽然在线性区间内,但与最优积分时间相比,相差比较大,因此以最优积分时间为基准、线性增加或减少积分时间;当RVi∈[0,1/8)时,积分时间明显不足,以C1倍的线性比增加积分时间;当RVi∈(7/8,1]时,积分时间明显太长,以C2倍的线性比减少积分时间,跳到步骤2)继续下次测量。

5.如权利要求1或2所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:所述频谱分布采集装置是基于ESP32模块为核心、外接CCD模块、ADC芯片、充放一体化电源模块和锂电池组成的装置,ESP32设置成一个AP接入点,智能手机接入此AP,并与之交互;同时,ESP32作为微处理器,其GPIO管脚与CCD模块和ADC芯片相连接,生成时序信号来控制CCD的积分时间、频谱模拟信号的输出和模数转换,获得频谱分布的数据。

6.如权利要求1或2所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:所述可视化系统APP软件是一个基于Android平台开发的手机APP,通过WIFI从频谱采集装置获取380nm至780nm之间N个离散波长的频谱分布数据,对数据进行解析、处理、保存,并绘制出频谱曲线图,频谱曲线图中相邻离散波长之间的频谱值,用直线连接;曲线图中用不同的RGB颜色填充,填充的颜色为该离散波长下的RGB颜色分量,通过频谱图直观地了解到不同波长下频谱的变化趋势。

7.如权利要求1或2所述的一种CCD自适应积分时间与频谱可视化系统,其特征在于:将绘制的色品图以Bitmap形式保存到系统内存区域中,而后读取缓冲区中的内容,将其加载到自定义View中;采用双缓冲机制解决可视化过程中色品图加载缓慢和卡顿的现象,在程序运行之前,自定义一个缓冲区,将需要执行的耗时操作代码编写在自定义缓冲区中;软件启动时,自定义缓冲区中的耗时操作代码开始执行并将结果传输到显示缓冲区;如果显示器需要显示耗时代码的执行结果时,就可以直接从显示缓冲区中加载保存的结果。