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专利号: 2020114415212
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:包括位于暗室(10)内的带有成像传感器(16)的相机(1)、带有狭缝(12)和成像物镜(15)的分光仪(2)、显微镜(3)、辅助物镜(4)、环形光源(5)和载物台(7);还包括位于暗室(10)外的光源控制装置(6)和计算机(9);显微镜(3)的电子目镜带有成像透镜(11);

在载物台(7)的上方,从上至下依次设置相机(1)、分光仪(2)、显微镜(3)、辅助物镜(4)和环形光源(5);相机(1)的成像传感器(16)置于分光仪(2)的成像物镜(15)的像平面上,显微镜(3)的成像透镜(11)位于分光仪(2)的狭缝(12)的正下方;在显微镜(3)的物镜正下方设置辅助物镜(4),环形光源(5)的出光端位于显微镜(3)物镜的正下方;载物台(7)与步进电机(8)相连;

光源控制装置(6)带有光源(23),由光源(23)向环形光源(5)提供光;

计算机(9)分别与相机(1)、步进电机(8)信号相连。

2.根据权利要求1所述的用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:所述环形光源(5)为环形光纤光源,包括组成一体的外反射镜(18)、内反射镜(19)和光纤出射端(20);外反射镜(18)和内反射镜(19)均为中空圆锥型,内反射镜(19)被套装在外反射镜(18)的内腔中,外反射镜(18)的内表面积为反射面,内反射镜(19)的外表面积为反射面;

内反射镜(19)顶部低于外反射镜(18)的顶部;辅助物镜(4)位于内反射镜(19)的正上方;

光纤出射端(20)的横截面呈环形,光纤出射端(20)位于外反射镜(18)与内反射镜(19)所围合形成的空间内;

内反射镜(19)顶部的外径小于光纤出射端(20)的内径,内反射镜(19)顶部的内径大于辅助物镜(4)的外径;

环形光源(5)可调节相对于辅助物镜(4)的高度位置关系。

3.根据权利要求2所述的用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:外反射镜(18)的倾斜角度大于内反射镜(19)的倾斜角度。

4.根据权利要求1~3任一所述的用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:

所述分光仪(2)是基于衍射光栅的棱镜‑光栅‑棱镜,包括从下至上依次设置的狭缝(12)、准直物镜(13)、PGP分光器件(14)和成像物镜(15);

相机(1)的成像传感器(16)置于成像物镜(15)的像平面上,显微镜(3)的电子目镜的成像透镜(11)位于狭缝(12)的正下方;

位于载物台(7)上的待测物的反光经过显微镜(3)物镜的光学放大后,经过显微镜(3)的电子目镜中的成像透镜(11)聚焦在狭缝(12)处,狭缝(12)作为视场光阑,通过狭缝(12)入射的光经过准直物镜(13)准直后入射至PGP分光器件(14),经PGP分光器件(14)色散分光后的光线,通过成像物镜(15)聚焦在相机(1)中的成像传感器(16)的像平面处。

5.根据权利要求4所述的用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:光源控制装置(6)包括光源(23),在光源(23)的前方依次设置有红外截止滤光片(22)、平凸透镜(21)和光纤入射端(24),光源(23)发出的光先通过红外截止滤光片(22)进行滤光减少热量;再通过平凸透镜(21)使光平行后通过光纤入射端(24)导光到光纤出射端(20)。

6.根据权利要求5所述的用于微米级别颜色测量的显微高光谱成像系统,其特征是:光源控制装置(6)还包括光强调节旋钮(25)、PCB板(26)、电源开关(27)、精密恒流源(28);

电源开关(27)、光强调节旋钮(25)分别与PCB板(26)连接;精密恒流源(28)的一端与PCB板(26)连接,另一端分别与光源(23)和风冷散热装置(29)相连。

7.基于显微高光谱成像的颜色测量方法,其特征是依次包括以下步骤:

1)、系统校准:通过标准汞灯光源进行波长标定;

2)、通过标准白板采集参考光谱数据;

3)、采集待测物高光谱数据:

将待测物固定在载物台(7)上,微调显微镜(3)高度进行对焦,使得相机(1)的焦点对准载物台(7)上的待测物,计算机(9)同步控制步进电机(8)驱动载物台(7)的移动和相机(1)的数据采集,获取高光谱图像数据;

A为载物台(7)的移动速度,s为相机(1)的曝光时间,u为成像传感器(16)的像元尺寸,e为显微镜(3)的综合光学放大倍数;

4)、待测物的高光谱数据采用空间非均匀的平场校正公式进行预处理:x,y表示待测物高光谱数据中像元在空间维上的坐标位置,λ表示像元在光谱维的坐标;ICS(x,y;λ)是待测物高光谱数据中像元相对反射率单位归一化后的值;IS(x,y;λ)是待测物高光谱图像中的像元信号值,ID(x;λ)是暗噪声像元信号值;IW(x;λ)是标准白板采集的像元信号值;

采用线性插值函数计算光谱反射率数据;

Rj为待计算相应波段的反射率数据,j∈[λi~λi+1],i为高光谱数据空间维像元坐标,λi为光谱维像元对应的预测波长值,Ri为经过公式2预处理后的高光谱数据;

5)、将公式5预处理后的待测物高光谱数据转换为设定光源下、设定度观察者角度的CIE XYZ数据,最终转换为CIE LAB色度数据。

8.根据权利要求7所述的基于显微高光谱成像的颜色测量方法,其特征是所述步骤5)为:

将公式5预处理后的待测物高光谱数据转换为D65光源下、2度观察者角度的CIE XYZ数据:

其中X、Y和Z为所需计算的三刺激值,R(λ)为待测物的高光谱数据经公式5线性插值计算后的反射率数据,S(λ)、 和 数据为ASTM E308标准中相对应的数据,其中S(λ)为标准光源的相对光谱功率分布, 和 为标准色度观察者的光谱三刺激值,k为归一化系数,dλ为波长间隔;

通过公式7将公式6计算所得的CIE XYZ数据转换为D65、2°观察者条件下的CIE LAB色度数据: