Spectrum Plugin - 光谱仪测试工具

概述

Spectrum 是 ColorVision 的光谱仪测试与色彩分析插件，提供完整的光谱仪设备控制、光谱数据采集、色度计算和数据管理功能。支持 SP100（CMvSpectra）和 SP10（LightModule）两种光谱仪型号，具备 CIE 色度分析、显色指数 Ra 计算、EQE 外量子效率计算等专业光学测量能力。

版本信息：

• 当前版本：v2.1.4.0
• 最低要求：ColorVision ≥ 1.3.15.8
• 最后更新：2026-03-29

主要功能

1. 设备管理

• 多型号支持：

  • CMvSpectra（SP100）- 高精度光谱仪
  • LightModule（SP10）- 轻量级光谱模块

• 串口通信：

  • 可配置 COM 端口和波特率（默认 9600）
  • 支持光谱仪、快门、ND 滤光轮、滤光轮等多设备串口控制
  • 自动积分时间配置

• 附件控制：

  • 快门开关（可自定义指令和延迟时间）
  • ND 滤光轮（自动 ND 选择、暗测量端口）
  • 滤光轮位置切换

2. 光谱数据采集

• 测量模式：

  • 单次测量
  • 批量连续测量
  • 自适应校零

• 波长范围：380–780nm（可见光波段），1nm 步进

• 数据同步：支持频率同步（默认 1000Hz）和滤波带宽配置

• 安全机制：测量过程中禁用其他操作按钮，防止冲突

3. 色度分析

• CIE 色度空间：

  • CIE 1931（2° 标准观察者）色度图绘制
  • CIE 1976（10° 标准观察者）色度图绘制
  • CIE 2015 色彩空间支持

• 色度参数计算：

  • 色坐标（x, y）计算
  • 相关色温 CCT（McCamy 公式）
  • 主波长计算
  • 兴奋纯度
  • 颜色表示

• 显色指数：

  • Ra（一般显色指数）计算
  • 基于 CIE 13.3-1995 标准
  • TCS01–TCS08 测试色样光谱反射率
  • CIE 1931 2° 观察者颜色匹配函数

4. 数据可视化

• ScottPlot 图表：

  • 相对光谱曲线
  • 绝对光谱曲线
  • CIE 色度图叠加显示

• 波长转 RGB：

  • 将可见光波长（380–780nm）转换为显示颜色
  • 基于 CIE 色度近似算法

5. 校正管理

• 校正组：

  • 多组校正文件管理（每组包含波长和幅度校正）
  • 按设备序列号独立存储
  • 滤光轮位置关联

• 校正文件验证：

  • 波长标定文件（WavaLength.dat）二进制格式验证
  • 幅度标定文件（Magiude.dat）二进制格式验证
  • 数据点计数、曝光时间、Lv 系数检查

6. 数据持久化

• 数据库存储：

  • 基于 SqlSugar ORM 的光谱数据存储
  • 色度参数 JSON 序列化
  • 可配置查询数量和排序方式

• CSV 导出：

  • 光谱数据导出至桌面
  • 自定义导出路径

7. 其他功能

• EQE 计算：外量子效率计算，支持电压和电流参数配置
• 许可证管理：本地与全局（AppData）许可证双向同步
• 面板布局持久化：基于 AvalonDock 的面板布局保存与恢复
• 多语言支持：英语、法语、日语、韩语、繁体中文、俄语
• 内置帮助系统：包含专业术语和使用指南

快速开始

启用插件

1. 确保 ColorVision 版本 ≥ 1.3.15.8
2. 插件会在启动时自动加载
3. 在菜单栏查找 光谱仪测试 选项

连接光谱仪

1. 打开 光谱仪测试 窗口
2. 在设备配置中选择光谱仪型号（SP100 或 SP10）
3. 配置串口参数（COM 端口、波特率）
4. 点击连接按钮

执行测量

1. 确保光谱仪已连接
2. 选择校正组（如需要）
3. 配置积分时间或启用自动积分
4. 点击 测量 按钮开始采集
5. 测量完成后在图表和列表中查看结果

配置说明

光谱仪配置（SpectrumConfig）

配置项	类型	默认值	说明
SpectrometerType	enum	CMvSpectra	光谱仪型号（CMvSpectra/LightModule）
IsComPort	bool	false	是否使用 COM 端口
SzComName	string	COM1	串口名称
BaudRate	int	9600	波特率

快门配置（ShutterConfig）

配置项	类型	默认值	说明
SzComName	string	COM1	快门串口
BaudRate	int	9600	波特率
OpenCmd	string	a	快门打开指令
CloseCmd	string	b	快门关闭指令
DelayTime	int	1000	响应延迟（ms）

ND 滤光轮配置（NDConfig）

配置项	类型	默认值	说明
IsNDPort	bool	false	是否启用 ND 滤光轮
EnableResetND	bool	false	启用 ND 自动复位
NDMaxExpTime	double	-	ND 最大曝光时间
NDMinExpTime	double	-	ND 最小曝光时间
DarkNDPort	int	-1	暗测量端口（-1 表示未设置）

数据管理配置（ViewResultManagerConfig）

配置项	类型	默认值	说明
Count	int	50	查询数量限制
OrderByType	enum	Desc	排序方式
AutoRefresh	bool	true	自动刷新
Height	double	300	视图高度
ViewImageReadDelay	int	1000	图像加载延迟（ms）
SavePathCsv	string	Desktop/Spectrum	CSV 导出路径

窗口配置（MainWindowConfig）

配置项	类型	默认值	说明
LogControlVisibility	bool	true	日志面板可见性
IsFull	bool	false	全屏状态
EqeEnabled	bool	false	EQE 功能开关
EqeVoltage	float	5.0	EQE 电压（V）
EqeCurrentMA	float	20.0	EQE 电流（mA）
CiePointEnabled	bool	true	CIE 色度点显示

技术架构

模块结构

Plugins/Spectrum/
├── MainWindow.xaml(.cs)              # 主窗口入口
├── MainWindow.Chart.cs               # 图表可视化（ScottPlot）
├── MainWindow.Connection.cs          # 设备连接管理
├── MainWindow.Measurement.cs         # 光谱测量逻辑
├── MainWindow.Export.cs              # 数据导出
├── MainWindow.ListView.cs            # 结果列表管理
├── MainWindow.Eqe.cs                 # EQE 外量子效率计算
├── MainWindowConfig.cs               # 窗口配置持久化
├── SpectrometerManager.cs            # 光谱仪核心管理器
├── SpectrometerType.cs               # 设备类型枚举
│
├── Assets/Image/                     # CIE 色度图参考图
│   ├── CIE-1931.jpg                  # CIE 1931 2° 标准观察者
│   └── CIE-1976.jpg                  # CIE 1976 10° 观察者
│
├── Calibration/                      # 校正管理界面
│   ├── CalibrationGroupWindow.xaml   # 校正组管理窗口
│   └── GenerateAmplitudeWindow.xaml  # 幅度校正生成窗口
│
├── Configs/                          # 设备配置
│   ├── SpectrumConfig.cs             # 光谱仪主配置
│   ├── CalibrationGroupConfig.cs     # 校正组配置
│   ├── CalibrationFileValidator.cs   # 校正文件验证器
│   ├── FilterWheelConfig.cs          # 滤光轮配置
│   ├── FilterWheelController.cs      # 滤光轮控制器
│   ├── ShutterController.cs          # 快门控制器
│   ├── SmuConfig.cs                  # SMU 配置
│   └── SmuController.cs              # SMU 控制器
│
├── Data/                             # 数据管理
│   └── ViewResultManager.cs          # 结果存储与查询（SqlSugar）
│
├── Help/                             # 帮助系统
│   ├── HelpWindow.xaml               # 帮助窗口
│   └── HelpContent.cs                # 帮助内容（术语和指南）
│
├── Layout/                           # 布局管理
│   └── DockLayoutManager.cs          # AvalonDock 布局持久化
│
├── License/                          # 许可证管理
│   ├── LicenseManagerWindow.xaml     # 许可证管理窗口
│   └── LicenseSync.cs               # 许可证双向同步
│
├── Menus/                            # 菜单系统
│   ├── SpectrumMenuIBase.cs          # 菜单基类
│   └── LayoutMenuItems.cs            # 布局菜单项
│
├── Models/                           # 数据模型
│   ├── SpectralData.cs               # 光谱数据点
│   └── ViewResultSpectrum.cs         # 测量结果模型
│
├── Properties/                       # 多语言资源
│   ├── Resources.resx                # 默认语言
│   ├── Resources.en.resx             # 英语
│   ├── Resources.fr.resx             # 法语
│   ├── Resources.ja.resx             # 日语
│   ├── Resources.ko.resx             # 韩语
│   ├── Resources.ru.resx             # 俄语
│   └── Resources.zh-Hant.resx        # 繁体中文
│
├── PropertyEditor/                   # 属性编辑器
│   └── TextSerialPortPropertiesEditor.cs  # 串口属性编辑器
│
└── View/                             # 色度计算
    ├── ColorimetryHelper.cs          # CIE 色度空间计算
    ├── RaCalculator.cs               # 显色指数 Ra 计算
    └── WavelengthToColor.cs          # 波长转 RGB 颜色

依赖关系

Spectrum Plugin
├── ColorVision.UI           # UI 框架（菜单、设置、属性编辑器）
├── ColorVision.Database     # 数据库访问（SqlSugar ORM）
├── cvColorVision            # 视觉处理核心（COLOR_PARA 等数据结构）
├── AvalonDock               # 可停靠面板布局
├── ScottPlot.WPF            # 光谱图表可视化
├── OpenCvSharp4             # 图像处理
└── System.IO.Ports          # 串口通信

核心数据流

光谱仪设备 (SP100/SP10)
    │
    ▼ 串口通信 (System.IO.Ports)
SpectrometerManager  ←── SpectrumConfig (设备配置)
    │                ←── CalibrationGroupConfig (校正参数)
    ▼
MainWindow.Measurement  (数据采集)
    │
    ▼
SpectralData[]  (380-780nm, 1nm 步进)
    │
    ├──▶ MainWindow.Chart  (ScottPlot 图表渲染)
    ├──▶ ColorimetryHelper  (CIE 色坐标、CCT、主波长)
    ├──▶ RaCalculator  (显色指数 Ra)
    ├──▶ ViewResultSpectrum  (结果模型)
    │       │
    │       ├──▶ MainWindow.ListView  (UI 列表显示)
    │       ├──▶ ViewResultManager  (数据库存储)
    │       └──▶ MainWindow.Export  (CSV 导出)
    │
    └──▶ MainWindow.Eqe  (EQE 外量子效率)

色度计算说明

CIE 色坐标计算

基于 CIE 1931 2° 标准观察者颜色匹配函数，在 380–780nm 范围内以 5nm 间隔进行积分：

X = ∫ S(λ) × x̄(λ) dλ
Y = ∫ S(λ) × ȳ(λ) dλ
Z = ∫ S(λ) × z̄(λ) dλ

x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)

CCT 计算（McCamy 公式）

n = (x - 0.3320) / (y - 0.1858)
CCT = -449n³ + 3525n² - 6823.3n + 5520.33

Ra 显色指数计算

基于 CIE 13.3-1995 标准：

1. 计算测试光源的色坐标和 CCT
2. 确定参考照明体（普朗克辐射体或 CIE D 系列）
3. 使用 TCS01–TCS08 测试色样计算颜色偏移
4. Ra = 100 - 4.6 × ΔEi（8 个色样的平均值）

校正文件格式

波长标定文件（WavaLength.dat）

[uint64 DataLength]          // 数据点数量
[double[] wavelengths]       // 波长值数组

幅度标定文件（Magiude.dat）

[uint64 DataLength]          // 数据长度
[float MagExpTm]             // 标定曝光时间
[int LvCoffe]                // Lv 系数
[uint64 nCount]              // 数据点数量
[double[] wavelengths]       // 波长值数组
[double[] coefficients]      // 幅度系数数组

版本历史

v2.1.4.0（2026-03-29）

架构重构：

• ✅ 采用模块化设计，将 MainWindow 拆分为 Chart、Connection、Measurement、Export、ListView、Eqe 部分类
• ✅ 新增 Configs、Models、View、Layout、Data、License、Help、Menus、Calibration、PropertyEditor 子模块
• ✅ 新增 CalibrationFileValidator 校正文件二进制验证
• ✅ 新增多语言支持（英语、法语、日语、韩语、繁体中文、俄语）
• ✅ 新增内置帮助文档系统

v2.0.0.0（2026-03-23）

重大更新：

• 更新到 .NET 10
• 优化 UI 界面布局
• 增加兴奋纯度、颜色表示、校正组、状态栏显示、显色指数 Ra 计算
• 测量过程中禁用其他按钮

v1.1.4.8（2025-09-09）

• 更新第三方 UI 库
• 取图失败自动重连（6 次）
• 修复许可证获取问题
• 增加数据库存储支持

v1.1.3.4（2025-07-11）

• 增加 CIE 2015 色彩空间支持
• 增加变更日志

v1.1.1.10（2025-06-25）

• 许可证全局保存与同步
• 许可证管理窗口
• 桌面日志优化

详见 CHANGELOG.md

相关资源

• 插件开发概览
• 插件开发入门
• 插件生命周期
• 设备服务概览
• CHANGELOG
• 源代码

许可证

本插件继承 ColorVision 主项目许可证。

版权：Copyright (C) 2025-present ColorVision Development Team 作者：xincheng

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最后更新：2026-03-29 | 文档版本：2.1.4.0