基于RPi的簡便可見光光譜儀設(shè)計

陳振宇 唐海波 劉 瓊 范崇鵬

（湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

0 前言

當(dāng)今，光譜儀是十分常見的科學(xué)儀器，廣泛應(yīng)用于物質(zhì)檢測、分析與鑒別等領(lǐng)域。許多科研人員利用光譜儀進(jìn)行物質(zhì)特性分析，很多高校也開設(shè)了與光譜儀相關(guān)的試驗(yàn)。然而，對大部分科研人員來說，商用光譜儀價格不菲，特別是學(xué)生難以在日常學(xué)習(xí)中隨時使用。因此，能有一臺成本較低、簡便易行的光譜儀實(shí)現(xiàn)光譜檢測，是很多相關(guān)科研人員熱切關(guān)注的事情。另外，當(dāng)前計算機(jī)視覺技術(shù)十分熱門，其中OpenCV計算機(jī)視覺庫現(xiàn)已成為圖像處理與分析時最常使用的解決方案，能充分代替人眼進(jìn)行圖像分析處理，可充分運(yùn)用于光的譜線圖的處理與分析。鑒于此，基于光的衍射原理以及計算機(jī)視覺技術(shù)，該文提出一種簡便可見光光譜儀，可高效地實(shí)現(xiàn)可見光波段的光譜分析，具有較高的性價比與便攜性。

1 整體架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)主要由光譜圖的獲取與光譜圖的處理分析2個部分構(gòu)成。首先待測光通過由狹縫、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、雙膠合透鏡構(gòu)成的分光附件實(shí)現(xiàn)復(fù)合光到單色光的發(fā)散。發(fā)散后的一級衍射光將會被攝像頭中的CMOS感光元件采集，形成可見光光譜圖。其次樹莓派（Raspberry Pi）4B獲取并處理可見光波段的光譜圖像信息，并在外接的樹莓派顯示器中完成光譜數(shù)據(jù)的可視化顯示。該系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝置整體架構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計

硬件部分由核心主控模塊與分光附件模塊構(gòu)成。……