项目概况

我的任务是开发一种基于微处理器的设备，当该设备点亮时，它可以确定光源（自然光，荧光灯，LED灯泡，白炽灯，火焰-森林火灾）。在此阶段，仅考虑可见光。

根据我的研究，区分光源的唯一方法是分析发射光谱并将其与已知值紧密匹配。例：

考虑的解决方案

测量光的RGB组成比

我考虑过要走这条路，因为它看起来似乎不太复杂，较小的设备，可以轻松地集成到较大的项目中，作为森林火灾探测器，甚至可以由我的主管建议。但是我怀疑这会非常准确，因为某些光源的值可能接近（强度是在棒球场波长上测量的强度）。

我目前正在使用的传感器是Hamamatsu的S10917-35GT RGB颜色传感器，仅对所需波长敏感。

用衍射光栅膜构建高分辨率光谱仪

该路线要复杂得多，并且需要对图像进行外部处理才能确定光源。基本上，您可以使用衍射光栅膜和高分辨率相机来构建光谱仪。使用计算机软件处理图像以绘制发射光谱图，然后您可以分析该图以确定光源。开发指南在这里

不幸的是，这并不是很方便，因为我们希望设备的主要目标能够在没有任何网络的情况下自行运行。

所以，问题

• 我的第一个解决方案有什么缺点吗？
• 有更好的解决方案吗？最好可以安装在独立设备上吗？
• 这可能很牵强，但那里是否有一个传感器可以分析光发射并提供所选波长范围内的强度值？或至少可以帮助我构建能够做到这一点的设备。

我想您真的是在寻找已经解决了这个问题的人。但我自己不知道有任何项目。因此，我所提供的只是一些需要考虑的想法。

在光谱仪上：

1. $\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$
2. 小型百万像素数码相机也很便宜。也可以使用阵列，但如今看来，整个2D摄像机更便宜且可用更多。所以我不会理会数组。
3. 使用DVD-RW，您实际上可以分离出577 nm和579 nm处的汞的黄色光谱线。（不过，不是CD）。我自己使用DVD-RW和汞氩灯完成了此操作。
4. 波长校准很便宜。刚拿到汞氩灯。您会在第一分钟左右得到氩气管线，然后汞管线将占主导地位。通过它们的组合，您可以轻松地校准相机像素与波长的关系。用于校准的Hg-Ar灯过去要花费我约8美元，但我希望它们现在会更贵。
5. 强度校准很昂贵。您需要一个可追溯到NIST标准的标准灯泡，并且必须在使用100个小时左右后重新校准。它们是未经校准的廉价灯泡。但是校准过程需要花费大量金钱。然后，您还必须设置适当的光学装置。但这是唯一确定每个像素如何响应被其击中的每个波长的方法。坦率地说，我会尝试避免任何这种情况，希望我不需要它，或者只是应用标准灯的基本模板近似值，而不会在实际校准上浪费钱，希望我所得到的足够好。或根本不打扰，并使用装配好的等式和图形“哦，好吧”，然后看看它是如何进行的。如果您仔细考虑的话，您可以使这一步消失而仍然会获得有用的结果。
6. 您可能可以考虑从450 nm扩展到750 nm，但是您不希望使用单个光栅超过八度。您可能需要某种滤波器，以免在同一像素上混淆光谱能量。或者只是不用担心，并做一些实验。
7. 光学挡板将是理想的，以避免在不需要的地方获得多余的光线。
8. Tony刚刚提醒我...您需要一个窄缝-尽可能地窄。我更喜欢使用两个可以调节的老式剃须刀片。一固定，一动。但是对于卡片纸纸盒，我只是“非常小心”地使用了一个精确刀片来创建一个狭窄且均匀狭窄的缝隙。

我用一张纸（卡片纸）完成了所有这些工作，然后打印出来，然后剪裁，折叠标签，使用Elmer的胶水，并创建一个带有基本上用纸制成的挡板的盒子。挡板使用特殊的深色植绒来帮助吸收和阻挡任性的光线。DVD以正确的角度滑入，然后在出口处放置一台小型摄像机。我自己用它来观察房屋中的不同照明，我认为它可以很好地工作。我毫不费力地将白炽灯，荧光灯和LED光源区分开来。还有太阳。我尝试了DVD-R，然后立即看到一个巨大的红色缺失带，这就是为什么我告诉您，如果您关心该区域，则需要DVD-RW。

我想我可以为此发布一些计划。狭缝的位置，DVD的角度等。虽然我的盒子设计使用了整个DVD-RW（因为我希望能够放入其他DVD介质和/或CD（以不同的角度放置，所以我做了两个不同的选择）为此目的插槽），仅DVD-RW表面的一小部分实际参与（如果正确百思不得其解。）所以我用了整个DVD-RW出于这个原因，以及也很喜欢，因为切割的DVD成片会强调它，我也不想这样做。

$\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$$\frac{\textrm{lines}}{\textrm{mm}}$

在RGB上：

如我所料，您提到的RGB传感器在三个传感器中的每一个中都非常广泛地接受了波长。LED往往具有很宽的响应范围（它们在很宽的波长范围内发射和接收。）该传感器的响应适度重叠。我认为，这一切对您的效果如何，将取决于实验。您可以使用曲线和传感器的响应功能来应用一些计算机代码，以查看其是否可维修。但是我什至不会尝试为您编写。也许最好的办法是，您弯腰购买传感器并进行一些测试。可能适合您的需求。但是我无法通过快速扫描告诉您是或否。我也没有尝试使用RGB做到这一点，所以这是我可以做到的另一个原因。

我喜欢尤金关于频率的评论也一样 白炽灯泡（我已经使用非常灵敏的仪器对其进行了测试-在我从事此类工作时，其分辨率可达几十微开尔文，可追溯到NIST标准的精度达到了数百微开尔文），在AC循环过程中其幅度大约变化了3％在60 Hz （在50 Hz时会有所不同。）荧光灯既可以在主电源频率下工作，也可以在高频下工作（都是制造和使用的。）但是，它们的发光是通过磷光体发出的，它们通常具有快速的响应时间。（由于依赖于禁止的三重态到单重态转变，某些磷光体很慢，为毫秒级的量级。但是其中许多磷光体非常快-微秒级的量级。）您可能必须在这里做一些实验。但是我认为这可能会富有成果，因为您可以根据需要为非常窄的频带设计电子电路。您' d必须担心信号调理，以免使放大器链饱和。但这是可行的。我没有看过现代LED灯泡使用的频率。我将留给您在那儿搜索详细信息。综上所述，我认为尤金的观点也值得研究。

亲自？我之所以选择DVD-RW，是因为我有很多这样做的经验，知道我可以轻松，快速，廉价地完成它，并且因为我认为我可以避免强度校准的步骤而到达需要的位置。走。摄像机非常便宜，用于周期性校准波长的Hg-Ar灯也很便宜。几乎没有任何工作。另外，我已经走过屋子，用一个根本没有电子设备的手持卡片储物盒检查了不同的光源，并且完全能够通过肉眼看到各种光源的差异。所以我知道我可以从这里到达那里。

编辑：从一个旧的荧光灯泡的几个图像。其中一个跨频谱，另一个则放大一点。很酷的分离汞二重峰！

几年前，我作为承包商专门为Siemen的OSRAM部门装仓LED。因此，这些东西部分来自于这种经验。我们最初使用的是昂贵的分光光度计，但后来又改用了Ocean Optics（便宜得多）。但是与此同时，我对DVD和CD以及与之配套的所有精美校准设备一起使用感到非常满意。（包括消失的灯丝校准器，我在上面忘了提及。）我花了很多时间研究CIE 1931标准和1960年代以后的人类反应报告。在1970年代末和1980年代初，埃德温·兰德（Edwin Land）的作品也非常有趣，它们非常有趣。

我将同意jonk，但建议使用一种更简单的识别来源的方法。

用摄像机构建光谱仪（使用DVD或其他衍射光栅。）使其机械坚固，以使摄像机，光栅和屏幕不会相对移动。

完全不用担心校准。您还需要禁用相机中的自动白平衡并使用固定的白平衡。

将检测器暴露于要检测的不同光源的示例，然后记录图像。

现在，您可以使用多种信号处理方法来检测哪些存储的频谱图与当前频谱图最匹配。

OpenCV或Gnu Octave或SciPy都提供了可行的方法来检测相似性。

这里已经有很多不错的答案，但要针对您的最终问题提供一些具体的意见：

我的第一个解决方案有什么缺点吗？

缺点是您只有三个数据点（r，g，b）来判断颜色，并且，根据要尝试区分的不同光源，可能无法区分它们。这是数码相机尝试设置白平衡时遇到的相同问题，有时相机会猜错并且照片的色彩会失真。但是，如果允许数码相机对已知的对象成像，例如同一张白纸，那么它很可能能够在大多数时候区分光源。

是否有传感器可以分析光发射并提供所选波长范围内的强度值？

基于光栅（或棱镜）的光谱仪可以做到这一点。它提供的光强度是波长的函数。

或者，如果只需要几个传感器，则可以简单地带一个硅光电探测器，并在其前面放置适当的光学滤光片（有色玻璃），以仅使感兴趣的波长范围通过滤光片。这种方法的优点是，单个光电探测器的运行速度可能比阵列探测器快，并且可以让您查看光点特征图案的时间结构，例如灯泡的60 Hz波动或火焰快速闪烁。

您不必构建自己的光谱仪，设备已经可以买到，例如Hamamatsu的这款超紧凑型C12666MA。

15 nm的光谱分辨率可能适合此任务。

最好将DC和50/60 Hz分开，也可以使用单独的传感器。

相机在某种程度上完全按照显示RGB传感器的方式工作。如果您有尝试在高密度光下捕获LED饱和色的经验，您将了解它的局限性，但是对于广谱照片而言，我们知道它可以很好地工作。

这取决于您要测量的内容。

例如，白光只是我们眼中对RGB传感器的感知，入射光会让我们误以为白光只是蓝色和黄色-红色磷光体转换光的平衡，因此峰值相等（转换为CIE眼睛矫正时）级别）

但是，当我们比较宽泛反射颜色托盘上的卤素光源并与日光4500-5000'K 81％CRI白光LED进行比较时，现实情况大不相同。现在，由于光源中缺少光谱，颜色看起来有所不同。

为了准确起见，您唯一的希望是校准的衍射法仪器。对于具有全色域的渐变刻度纸上反射的粗糙的眼球入射颜色，可以使用RGB相机。使用已校准的RGB传感器/检测器单元和软件将其关闭得足够近。但这不是他们在工业上的工作方式，而是从根本上讲，这是纸扫描仪在扫描开始之前通过内部RGB +黑白校准工作的方式。

专业的光谱分析仪可测量x，y，u，v和许多其他白光参数。

因此，这是一个古老的问题，我想知道解决方案是什么，但是从这些答案看，我很惊讶没有看到一个显而易见的解决方案。

首先，您不需要分析整个频谱。只需以最大程度地分离信号源的方式对其进行采样。鉴于您的资源相对较少，您可以通过肉眼执行此操作，或者实际上在预期频谱的离散版本上运行PCA或ICA分析。选择少数光谱区域后，即可继续。

第二，我会认真考虑红外线区域。主要是因为火在那里会产生大量的辐射，但最重要的是因为该区域的传感器非常常见。

第三，选择一个分立的传感器或传感器/滤波器组合，在您的第一个所需频段为您提供足够好的光谱响应。请注意，有许多便宜的滤光片，光电二极管，光电晶体管和PIR器件可以按波长进行选择（即使单色LED也可以工作）。

第四，如果您是通过数学方法进行的，则将预期的响应投影到传感器/滤波器的响应中，然后减去它，以便您可以在下一个有效频段上重复该过程。如果不是，则重叠并估计下一个区域。

请注意，过滤器也可以用于删除频段。如果两个传感器覆盖了理想区域，但是它们的响应有太多重叠，则减去重叠带会增加它们的辨别力。。

重复两次或三遍之后，您将拥有一小部分可以使用的廉价传感器。在它们周围放置一些电路，并使用一些已知的信号源来校准您的响应。如果正确进行了分离，则只需要对滤波器/传感器/电路设计的灵敏度进行粗略的校准即可。

这基本上是RGB传感器的想法，但是要使用经过适当调整的波长仓，而不是任意的波长仓。

如果不需要很高的辐射灵敏度，请对其进行准直，使其穿过光栅，然后将图像转储到线性传感器阵列中。如果您有微处理器，则分析频谱很容易。由于消费者照明系统的闪烁频率差异很大，因此仅凭时间变化不太可能奏效。唯一难以与光谱区分开的是白炽灯和火焰。您可以为此使用时间变化，并假设火焰非常随机，并且白炽灯应具有独特的60 Hz分量。请注意，尽管电子设备倾向于产生60 Hz的杂散信号，所以您必须确保看到60 Hz的光而不是60 Hz的噪声。线性传感器是您不应该便宜又简单的部分 接口没有任何麻烦。我看到这与3个通道一起工作的唯一方法是，如果您只想对火焰进行分类，并且可以将所有其他光源倒入“无关”堆中。在这种情况下，您可以用比NIR多得多的NIR来合理地接受任何东西，无论它们是白炽灯还是火焰。如果您愿意使用MWIR检测器，则可以跳过时间变化，只是寻找CO2排放峰值。白炽灯不应该这样。这就是许多商用传感器所使用的。白炽灯或火焰比NIR发射的NIR要多。如果您愿意使用MWIR检测器，则可以跳过时间变化，只是寻找CO2排放峰值。白炽灯不应该这样。这就是许多商用传感器所使用的。白炽灯或火焰比NIR发射的NIR要多。如果您愿意使用MWIR检测器，则可以跳过时间变化，只是寻找CO2排放峰值。白炽灯不应该这样。这就是许多商用传感器所使用的。