基于智能手机的便携光谱测量系统研究

论文摘要

如今,照明与显示设备蓬勃发展,LED灯具、VR设备、电视屏幕等发光器件都需要进行相关的光学检测。其中最主要的检测设备就是光谱仪,利用光谱仪对光源进行光谱测量,就可以得到光源的光学参数。如今的主流光谱仪,存在价格高昂、设备庞大、操作繁琐等缺点,其余的小型光谱仪也存在价格过高、需与电脑相连、数据处理不便的问题。在日常生活中,移动式的便携光谱测量可以被广泛的使用于灯具的光源检测、超市的食品检测等应用场景,但因为光谱仪的成本、体积等因素制约并未实际推广。本文针对现有光谱测量仪器中的不足之处,开发了一种基于智能手机进行光谱测量的便携系统。该系统利用智能手机中的摄像头与CPU很好的代替了光谱仪中的探测器与上位机,有效降低了硬件成本。通过图像算法解决不同型号手机对测试装置的适配问题,实现了图像处理和测试装置的分离,方便携带。采用成像式光路配合手机图像算法可以实现不同场景下实时实地快速光谱测试。研究的具体内容为:1.设计并搭建智能手机光谱测量装置。该装置由入射狭缝、平凸透镜、反射式闪耀光栅、柱面透镜、标准白板构成。入射狭缝用于滤除目标光源外的杂散光,平凸透镜用于将入射光准直为平行光,闪耀光栅将平行光色散为单色光,柱面透镜将单色光放大,标准白板用于对色散图像进行成像。通过合理选用元件进行光路搭建,该测量装置可以给智能手机提供目标光源的清晰色散图像。2.基于Android智能手机操作系统,编写与测试装置配套的移动APP。该软件集成了相机参数调节、图像处理算法、光谱标定算法、光谱数据显示、文件存储、参数设置等功能。通过相机参数调节来控制智能手机摄像头的焦距、曝光、色温等参数获得准确光谱图像,通过OpenCV中的高斯滤波、canny边缘检测、梯度算法、形态学操作进行图像裁剪,通过光谱标定算法确定图像中像素点与波长、强度的对应关系。最后可以对光谱曲线进行显示与存储。3.对直插式LED、冷白LED、暖白LED三种常见照明光源进行光谱测试,并将其结果与IS光谱测试系统测量所得的结果进行比较,其光谱曲线基本吻合,光度色度参数与IS系统测量结果对比,其中相关色温最大偏差为2.5%,显色指数最大偏差为9.8%,色坐标x最大偏差0.0074、色坐标y最大偏差0.0259,相对积分强度最大偏差9.8%,说明基于智能手机的光谱仪可以在移动环境中满足光谱测量需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光谱测量概述
•     1.1.1 光谱测量历史
•     1.1.2 光谱测量原理
•     1.1.3 光色度学参数
•   1.2 智能手机概述
•     1.2.1 智能手机发展历史
•     1.2.2 智能手机实验室的研究概述
•   1.3 选题依据及研究内容
• 第二章 光谱仪与智能手机构造原理
•   2.1 引言
•   2.2 光谱仪简介
•     2.2.1 光谱仪组成结构
•     2.2.2 光谱仪性能参数
•     2.2.3 光谱仪元件参数
•   2.3 智能手机结构及光学应用
•     2.3.1 智能手机硬件构造
•     2.3.2 Android系统架构
•     2.3.3 智能手机光学应用
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于Android手机的光学外设搭建及软件编写
•   3.1 引言
•   3.2 硬件设计
•     3.2.1 设计目标与外设装置结构
•     3.2.2 光路结构与原理
•   3.3 软件编写
•     3.3.1 软件框架流程
•     3.3.2 相机
•     3.3.3 光谱分析
•     3.3.4 历史相册
•     3.3.5 设置
•   3.4 本章小结
• 第四章 OpenCV图像处理与实验验证
•   4.1 引言
•   4.2 OpenCV光谱图像处理
•     4.2.1 Android与OpenCV中的像素数据与内存管理
•     4.2.2 Canny边缘检测与图像裁剪
•   4.3 光谱标定
•     4.3.1 波长标定
•     4.3.2 强度标定
•   4.4 实验验证
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王峰

导师: 朱丽虹

关键词: 智能手机,光谱仪,图像处理

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术,计算机软件及计算机应用

单位: 厦门大学

分类号: O433.1;TP391.41;TN929.53

总页数: 80

文件大小: 6858K

下载量: 41