[发明专利]基于积分球的漫反射光谱测量装置、测量方法及校正方法

说明书

一种基于积分球的漫反射光谱测量装置、测量方法及校正方法，该测量装置包括积分球主体及切换装置，该积分球主体上设置有入射口，测量口与检测口；在测量口处的光路上设置有待测样品或参考标准反射板，该切换装置能够对测量口处的待测样品和参考标准反射板进行切换；该测量方法在使用上述测量装置进行测量时以标准反射板作为参考，并采用扣除背景噪声的测量方式来提高测量准确度；该校正方法则利用前述测量方法得到的实际测量值和模拟测量方法得到的模拟测量值组成训练集，训练得到神经网络模型，通过该神经网络模型对积分球测量过程中的误差来源进行校正，进一步提高利用积分球进行漫反射光谱测量的精度。

技术领域

本发明涉及光谱测量技术领域，尤其涉及一种基于积分球的漫反射光谱测量装置、测量方法及校正方法。

背景技术

积分球是在稳态光测量中应用较为广泛的装置，在光谱检测应用中，特别是针对固体与液体漫反射光谱测量中应用最为广泛。积分球内壁一般为反射率较高的漫反射涂层，入射到球体的光在球内壁经历多次漫反射后，在球面上形成均匀的光强分布，在球体内壁放置光电检测器，则检测到光强可以代表积分球内均匀分布的光强度。使用积分球测量样品漫反射光谱时，可降低由光线的形状、发散角度、及探测器上不同位置的响应度差异所造成的测量误差。对于测量固体漫反射光谱而言，其优势还在于经过积分球后光源在固体表面形成均匀的入射面，受到待测物表面粗糙度影响较小，可以提高漫反射光谱测量精度。

目前在光谱测量中常用的积分球附件的结构为积分球体上有三个开口，分别为光入射口，样品测量口以及检测器口，一般要求开口面积不影响积分球的球体形状的完整。光从入射口进入，经过样品及积分球内壁反射后，反射光强被检测器口位置的光电检测器检测到。如果测量面积比较大的漫反射固体或者液体样品，为了保证测量样品位置具有代表性，往往在样品口加入旋转样品台装置，使得光谱测量过程中光谱采集位置覆盖整个样品表面。积分球可与光谱仪搭配，可以有效提高光谱测量再现性，提高建模精度。JacquezJ.A.和Kupenheim H.F.等利用单积分球技术测量人活体皮肤的反射光谱，从此积分球技术在光学领域的应用发展较为迅速，同时针对其测量原理以及设计方面的研究也日益增加。Vries等人对于影响积分球测量误差的各个因素进行了研究，讨论了包括积分球开口，样品反照率，各向异性因子以及光学厚度对测量误差的影响。

根据积分球原理，其球体开口将会在一定程度上影响测量结果。一方面是球体开口所带来的背景噪声的影响。另一方面是入射光进入积分球后，由于球体开口将会产生两种效应，带来测量误差。其一，一部分光会通过入射口逃逸，造成一定的光损失；其二，开口各部分尤其是测量口放置样品的反射率与球体内壁反射率不同，会造成光在球体内部分布不均匀。尤其在样品反射率变化的情况下，不均匀分布程度较难直接估计，并且对样品漫反射光谱测量影响较大。目前在应用积分球装置进行漫反射光谱测量的仪器和方法中，没有考虑以上背景噪声影响和两种效应造成的影响，因此测量结果往往不能准确反映样品的真实反射率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于积分球的漫反射光谱测量装置、测量方法和校正方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

作为本发明的一个方面，提供一种基于积分球的漫反射光谱测量装置，包括：

积分球主体，其内表面涂覆有漫反射涂层，其上设置有入射口、测量口和检测器口，其中：

入射口，供测量光进入积分球主体内；

测量口，在所述测量口处的光路上设置有待测样品或参考标准反射板；

检测器口，设置有光电检测器，能够接收经过所述待测样品或参考标准反射板，并在积分球主体内壁多次漫反射的测量光并检测其光强；以及

切换装置，能够对所述测量口处的待测样品和参考标准反射板进行切换。