[发明专利]一种基于数字投影的光谱检测方法

说明书

本发明公开了一种基于数字投影的光谱检测方法，包括：依据光谱仪光电检测器或单点探测器的像素尺寸大小，设计一种宽度呈梯度变化的入口部分，使入射光斑最终呈梯度投影在光谱仪光电检测器或单点探测器上；根据横向投影像素点数由少到多，提取出分辨率由高到低的一组光谱图；将不同分辨率的光谱图输入数字投影算法，进行迭代计算，直到结果收敛；收敛结果可还原为分辨率最佳的光谱，即投影全部集中在光谱仪光电检测器或单点探测器上一个像素时的光谱。本发明通过在光谱检测系统前添加宽度呈梯度变化的入口以及后期配套的数据处理手段，克服传统光谱仪所获取的光谱无法同时具有高分辨率和高信噪比的问题。

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种基于数字投影的光谱检测方法。

背景技术

光谱是复色光经过色散系统分光后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案。其中光波由原子内部运动的电子产生，各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同。因此研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义。

目前光谱检测技术比较单一，其结构主要应用矩形狭缝，通过调整矩形狭缝的宽窄来控制光谱的分辨率与信噪比。狭缝的形状可以最终投影在光谱仪的光电检测器(CCD)上，投影全部集中在CCD上一个像素时，光谱分辨率最佳，投影像素数越多光谱分辨率越差。因此，当矩形狭缝较窄时，光谱可以有着较高的分辨率，但是由于光通量变小，会直接导致光谱信噪比下降，影响光谱质量；相对应的，当矩形狭缝变宽时，虽然光通量变大了可以相对提高信噪比，但是又会因为CCD上光谱投影像素过多而使得分辨率降低。也就是说，传统的光谱检测技术无法同时具有较高的分辨率与信噪比。

发明内容

本发明提供了一种基于数字投影的光谱检测方法，本发明通过在光谱检测系统前添加宽度呈梯度变化的入口以及后期配套的数据处理手段，克服传统光谱仪所获取的光谱无法同时具有高分辨率和高信噪比的问题，详见下文描述：

一种基于数字投影的光谱检测方法，所述光谱检测方法包括以下步骤：

依据光谱仪光电检测器或单点探测器的像素尺寸大小，设计一种宽度呈梯度变化的入口部分，使入射光斑最终呈梯度投影在光谱仪光电检测器或单点探测器上；

其中，所述宽度呈梯度变化的入口部分具体为：光纤式与狭缝式，狭缝式分为固定式与可调式；

根据横向投影像素点数由少到多，提取出分辨率由高到低的一组光谱图；

将不同分辨率的光谱图输入数字投影算法，进行迭代计算，直到结果收敛；

收敛结果可还原为分辨率最佳的光谱，即投影全部集中在光谱仪光电检测器或单点探测器上一个像素时的光谱。

进一步地，所述固定式为菱形狭缝。

其中，所述使入射光斑最终呈梯度投影在光谱仪光电检测器或单点探测器上的步骤具体为：

设计一光路结构，该光路结构包括：入口部分、准直镜、光栅、汇聚镜以及光谱仪光电检测器或单点探测器，

光从宽度呈梯度变化的入口部分入射，通过准直镜发散为平行光射到光栅上，光栅进行分光后，被色散开的单色光按波长或频率大小而依次排列；

再经物镜汇聚，投影在光谱仪光电检测器或单点探测器，当投影全部集中在光谱仪光电检测器或单点探测器上一个像素时光谱分辨率最佳，投影像素数越多光谱分辨率越差。

所述将不同分辨率的光谱图输入数字投影算法，进行迭代计算，直到结果收敛得步骤具体为：

根据数字投影算法，输入光谱组等于投影矩阵与输出光谱的乘积；

根据输入光谱组做预估计，得到一个估计光谱，对估计光谱做投影变换；将投影变换结果与输入光谱组做比，并用比值对估计光谱进行修正；