[发明专利]一种渐变型散射结构光谱分析装置及光谱复原方法在审
申请号: | 201811470418.3 | 申请日: | 2018-12-04 |
公开(公告)号: | CN109341858A | 公开(公告)日: | 2019-02-15 |
发明(设计)人: | 郝鹏;陈俊英 | 申请(专利权)人: | 河北大学 |
主分类号: | G01J3/44 | 分类号: | G01J3/44;G01J3/02 |
代理公司: | 石家庄国域专利商标事务所有限公司 13112 | 代理人: | 胡素梅 |
地址: | 071002 河北*** | 国省代码: | 河北;13 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 散射粒子层 透镜 光谱复原 共焦 光电探测器阵列 光谱分析装置 渐变结构 散射光斑 散射结构 渐变型 光谱 基底 复原 矩阵 高光谱分辨率 线性方程组 光谱分析 孔径光阑 散射粒子 有效解决 入射光 散射光 透明的 正则化 求解 加权 分段 矛盾 | ||
1.一种渐变型散射结构光谱分析装置,其特征是,包括一透明基底,在所述基底表面设有一散射粒子层,所述散射粒子层具有渐变结构特征,散射粒子层的渐变结构特征表现为散射粒子尺寸、密度和/或折射率呈渐变分布,渐变结构特征的渐变形式为散射或辐射;在所述基底的上方设有两个共焦透镜,在两个共焦透镜之间设有一孔径光阑;在所述基底的下方设有光电探测器阵列。
2.根据权利要求1所述的渐变型散射结构光谱分析装置,其特征是,在所述基底和所述光电探测器阵列之间设有一厚度可调的距离匹配层。
3.根据权利要求1所述的渐变型散射结构光谱分析装置,其特征是,所述散射粒子层上的散射粒子的尺寸为纳米量级至微米量级。
4.根据权利要求1所述的渐变型散射结构光谱分析装置,其特征是,所述散射粒子层设置在所述基底的上表面或下表面。
5.根据权利要求1所述的渐变型散射结构光谱分析装置,其特征是,所述散射粒子层通过光刻、电子束刻蚀、纳米自组装、蒸镀或旋涂工艺制成。
6.一种光谱复原方法,其特征是,包括以下步骤:
a、使入射光通过两个共焦透镜照射透明基底表面的散射粒子层;所述散射粒子层具有渐变结构特征,散射粒子层的渐变结构特征表现为散射粒子尺寸、密度和/或折射率呈渐变分布,渐变结构特征的渐变形式为散射或辐射;
b、位于基底下方的光电探测器阵列接收经散射粒子层散射后的散射光,并将所接收到的光信号发送至数据处理单元;
c、数据处理单元接收光电探测器阵列所发送的光信号,并按照散射粒子层的渐变结构特征设定局部窗口,对整个窗口进行连续搜索,提取各局部窗口内光信号的特征,获得与每一波长相关的特征,通过归一化形成光谱复原矩阵;
d、通过Tikhonov正则化求解步骤c中光谱复原矩阵,得到各光谱成分含量。
7.根据权利要求6所述的光谱复原方法,其特征是,步骤c中在提取各局部窗口内光信号的特征时采用数学形态学和小波多尺度数学分析工具;之后利用主成分分析方法,获得与每一波长相关的特征。
8.根据权利要求6所述的光谱复原方法,其特征是,步骤d通过如下公式计算各光谱成分含量:
Ψ=PSF-1S
式中,Ψ为m×1矩阵,表示离散化后每一波长的光谱成分含量;PSF为m×n矩阵,是步骤c中的光谱复原矩阵;S为离散后光电探测器阵列上每个探测单元的光强。
9.根据权利要求6所述的光谱复原方法,其特征是,步骤a中所述散射粒子层是通过光刻、电子束刻蚀、纳米自组装、蒸镀或旋涂工艺制成。
10.根据权利要求6所述的光谱复原方法,其特征是,步骤a中所述散射粒子层设置在所述基底的上表面或下表面。
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