[发明专利]一种基于智能手机测量光谱的便携装置及其光谱检测方法

说明书

本发明涉及一种基于智能手机测量光谱的便携装置及其光谱检测方法，属于光谱检测与图像处理技术领域。利用智能手机测量光谱的便携装置主要包括入射狭缝、准直透镜、光栅、柱面镜、标准白板、封装夹具、智能手机。目标光源经狭缝、透镜、光栅后色散，在标准白板上成像，在手机端处理拍摄图像获得目标光谱。其中新型的微型光学外设附件与图像处理方法可以实现本装置与不同手机的适配，避免了传统技术中光学器件与手机摄像头不匹配时无法测量的局限。该技术与传统的便携式光谱仪相比，使用智能手机代替CCD或CMOS传感器以达到更低成本，通过光学器件与图像处理器件分离的新型方法实现了便捷携带与便捷数据传输。

技术领域

本发明属于及光谱检测与图像处理技术领域，具体涉及一种基于智能手机测量光谱的便携装置及其光谱检测方法。

背景技术

光谱技术作为光学实验的基石，在灯光测试、食品检测、化学分析、医学诊断等领域都发挥重要作用。传统大型光谱仪十分笨重，无法满足人们携带光谱仪实时实地对目标样品进行检测的需求，在此基础上便携式光谱检测技术不断发展。伴随着移动互联网时代的到来，手机早已发展成最主流的智能数据终端。手机本身也集成了光学传感器，并拥有对传感数据进行收集、处理、传输的功能。目前市面上也有越来越多的外部设备与手机配套，借助手机来实现对应信息的传输处理。在光谱测量中，也可以将光学分光部分集成做成手机外设，将其与手机进行配合，利用手机摄像头来采集图像，辅以手机端软件利用手机CPU代替传统电脑来分析数据，将手机显示屏幕作为光谱数据的显示终端，即可实现手机光谱仪。

利用智能手机测量光谱的便携装置与市面现有的小型光谱仪相比，在便携性、成本和数据传输等方面都具有很大的优势。首先，光谱测量仪器都包含光学模块部分与图像处理部分。而目前市面上所见的便携式光谱仪主要为集成式手持光度计，其光学模块内为光纤直接照射到光栅上，然后经平面透射光栅衍射后经CCD或CMOS传感器转换处理得到光谱。这样保证了光谱数据的精度，但同时带来了器件位置固定、不可随意拆卸变动的问题，此外手持光度计因集成了图像处理部分而导致成本也相对更高。一些专利也尝试使用智能手机来进行光谱测量，例如“一种手机光谱仪（专利号：2016211196195）”，该专利涉及一种干涉型光谱仪，利用偏振镜和分光棱镜实现谱线元干涉，但并未阐述如何由干涉图实现光谱分布的具体方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，解决便携光谱检测装置便携性差、适配性差、成本居高不下的技术问题，提供一种利用智能手机测量光谱的便携装置及其光谱检测方法，作为智能手机的外设附件，通过标准光源实现对图像的光谱校准，避免传统技术中光学器件与手机摄像头不匹配时无法测量的局限，提供低成本便携的可见光光谱测量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于智能手机测量光谱的便携装置，它包括入射狭缝、准直透镜、光栅、柱面镜、标准白板、封装夹具、壳体和智能手机，其中：

所述入射狭缝、准直透镜、光栅、柱面镜和标准白板设置于壳体中，待测光源导入用于滤除待测光源中杂散光的入射狭缝中，入射狭缝输出端为入射光源，入射光源经过准直透镜折射为平行光，平行光依次经光栅分光、柱面镜聚光后在标准白板上成像；所述封装夹具设置于壳体的外部，封装夹具固定夹持智能手机，使智能手机的摄像头对准标准白板，智能手机的摄像头用于对色散条纹进行拍摄得到彩色条纹图片，智能手机的摄像头连接用于根据彩色条纹图片绘制光谱曲线的数据处理模块，数据处理模块连接显示模块；

所述入射狭缝的宽度为5um-20mm，入射狭缝与准直透镜之间的距离为：10-50mm，准直透镜的焦距为10-50mm，光栅的角度为：0-45度，准直透镜与光栅之间的距离为：10-100mm，光栅与柱面镜之间的距离为：1075mm，柱面镜与标准白板之间的距离为10-50mm；光栅为500nm闪耀波长，400-1000波段，1200刻线；标准白板为漫反射板。

进一步地，所述显示模块采用手机显示屏。