[發(fā)明專利]一種便攜式光譜定標(biāo)裝置及其光譜定標(biāo)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410237318.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN103983356A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建康;陳新華;陳宇恒;季軼群;沈?yàn)槊?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光譜定標(biāo)裝置，特別涉及一種適用于外場(chǎng)的便攜式光譜定標(biāo)裝置。

背景技術(shù)

目前，成像光譜儀在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、資源調(diào)查、生物醫(yī)療等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。但隨著光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，成像光譜儀的光譜分辨率可以做的很高，伴隨著成像光譜儀性能的提高，成像光譜儀的光譜定標(biāo)精度也要求越來(lái)越高，這要求成像光譜儀使用前進(jìn)行光譜定標(biāo)，以提高光譜數(shù)據(jù)的可靠性。目前實(shí)驗(yàn)室光譜定標(biāo)設(shè)備都是基于單色儀波長(zhǎng)掃描和光譜燈完成，基于單色儀定標(biāo)設(shè)備與定標(biāo)方法復(fù)雜，很難在野外、機(jī)載或星載使用，光譜燈很難提供均勻和大口徑系統(tǒng)地的照明。目前機(jī)載或星載成像光譜儀采用的光譜定標(biāo)設(shè)備都是基于濾光片或反射板的方法進(jìn)行光譜定標(biāo)。美國(guó)專利US006111640A?公開了一種采用反射板的定標(biāo)方法，利用反射板材料的吸收特征進(jìn)行光譜定標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種體積小，重量輕，便于野外攜帶，易于操作，可實(shí)現(xiàn)高精度光譜定標(biāo)的光譜定標(biāo)裝置及其光譜定標(biāo)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是提供光譜定標(biāo)裝置，包括激發(fā)光源模組、光纖和照明面板；所述的激發(fā)光源模組包括光源、電池、振蕩電路和集光原件；所述的照明面板為導(dǎo)光板和棱鏡板兩層結(jié)構(gòu)，上層為棱鏡板，下層為導(dǎo)光板，導(dǎo)光板包括入光口、導(dǎo)光條和勻光板，勻光板的底面由若干個(gè)四面體單體構(gòu)成，棱鏡板置于勻光板的上部；激發(fā)光源模組發(fā)出的激光通過(guò)光纖傳輸?shù)秸彰髅姘宓娜牍饪谶M(jìn)入導(dǎo)光條。

本發(fā)明所述的光源為汞燈、汞氬燈或汞鎘燈中的一種；所述的四面體為正四面體；所述的集光原件為聚光鏡透鏡、背面光反射鏡中的一種，或它們的組合。

本發(fā)明技術(shù)方案還包括采用上述便攜式光譜定標(biāo)裝置的光譜定標(biāo)方法，包括如下步驟：

（1）將定標(biāo)裝置的照明面板的上層棱鏡板緊貼于成像光譜儀的前置物鏡的鏡頭前，使成像光譜儀狹縫方向平行于棱鏡板的槽形方向；

（2）打開光譜定標(biāo)裝置的光源前，采集N幅暗背景圖像，N?≥10，進(jìn)行平均處理，得到背景噪聲；

（3）打開光譜定標(biāo)裝置的光源，成像光譜儀采集照明面板發(fā)出的光信號(hào)，得到激發(fā)光源的輻射譜線圖像；?

（4）對(duì)得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，再進(jìn)行高斯擬合，得到成像光譜儀的譜線峰值位置及半峰值寬度；

（5）采用多項(xiàng)式擬合處理，得到成像光譜儀的譜面的波長(zhǎng)與像元對(duì)應(yīng)關(guān)系及半峰值寬度，用于光譜定標(biāo)。

步驟（3）為通過(guò)M幅圖像平均降低隨機(jī)噪聲，M?≥10，剩余噪聲通過(guò)對(duì)每個(gè)通道的譜線Savitzky-Golay法平滑濾波處理，并去除背景噪聲，得到保留光譜特征的降噪聲激發(fā)譜線圖像。

在定標(biāo)時(shí)，定標(biāo)裝置的照明面板的上層棱鏡板與成像光譜儀的前置物鏡的鏡頭間設(shè)置去雜光遮光裝置。

步驟（5）中采用n次多項(xiàng)式擬合，n為?3。

本發(fā)明提供的光譜定標(biāo)裝置的工作原理是；根據(jù)成像光譜儀工作光譜范圍確定電路、集光元件等；電池提供電路的工作電壓，振蕩電路部分把低壓轉(zhuǎn)換成高頻高壓，使汞、氬等物質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)譜線。光纖用于把激光光源產(chǎn)生的光傳輸?shù)秸彰婷姘迳希饫w數(shù)值孔徑及其口徑根據(jù)光耦合需要確定；照明面板用于把光進(jìn)行均勻處理，照明面板具有兩層結(jié)構(gòu)，一層為導(dǎo)光板，一層為棱鏡板，導(dǎo)光板對(duì)光進(jìn)行均勻散射處理，棱鏡板用于限制散射視場(chǎng)，在狹縫寬度對(duì)應(yīng)的方向上限制發(fā)散視場(chǎng)，使大部分能量集中于一定發(fā)散角內(nèi)，在狹縫長(zhǎng)度方向具有接近朗伯特性的散射光，所述的導(dǎo)光板，其底部采用微型四面體結(jié)構(gòu)的排布，能夠使光均勻反射，導(dǎo)光板上層采用棱鏡板，通過(guò)棱鏡槽深、槽頂角來(lái)控制發(fā)散角度。

聚光鏡透鏡的材料根據(jù)光譜波段選擇，如在紫外-短波紅外波段可選擇石英玻璃；光源可采用汞燈(Hg)、汞氬燈(HgAr)、汞鎘燈(HgCd)等；背面光反射鏡的凹面鍍有寬波段高反射膜，振蕩電路產(chǎn)生高頻高壓的振蕩電路，頻率為1k?Hz以上，電壓為600V左右，電池可采用市面上常用的9V電池。

本發(fā)明提供的照明面板其上層為棱鏡板，下層為導(dǎo)光板，導(dǎo)光板的底面由四面體微結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成；導(dǎo)光板對(duì)光進(jìn)行均勻散射處理，棱鏡板用于限制散射視場(chǎng)，在狹縫寬度對(duì)應(yīng)的方向上限制發(fā)散視場(chǎng)，使大部分能量集中于一定發(fā)散角內(nèi)，在狹縫長(zhǎng)度方向具有接近朗伯特性的散射光，所述的導(dǎo)光板底部采用四面體結(jié)構(gòu)的排布，能夠使光均勻反射，導(dǎo)光板上層采用棱鏡板，通過(guò)棱鏡槽深、槽頂角來(lái)控制發(fā)散角度。

本發(fā)明提供的光譜定標(biāo)裝置，其定標(biāo)方法包括如下步驟：