光谱仪线形函数获取方法及装置与流程

本发明涉及光谱仪技术领域，特别是涉及一种光谱仪线形函数获取方法及装置。

背景技术：

成像光谱仪在后期应用中，需要用到各个通道的中心波长和线形函数，因此光谱仪装调完成后需要对仪器各个通道进行光谱标定，来确定各通道的中心波长和响应线形函数。

现有技术中，进行定标实验的方法是，控制可调谐激光器、波长计、光谱仪探测器进行等间隔波长扫描并采集数据，在可调谐激光器输出单个波长的时间范围内，由波长计测量输出激光的波长值和对应能量值，以及测量得到光谱仪探测器的响应值，然后利用单个通道在不同波长处输出的响应值得到光谱仪该通道的线形函数。然而，这种方法计算线形函数受扫描波长间隔的限制，采样点数偏少，得到的线形函数精度偏低。

技术实现要素：

鉴于此。本发明的目的是提供一种光谱仪线形函数获取方法及装置，获得的线形函数精度提高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光谱仪线形函数获取方法，包括：

控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各个通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值；

利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数；

对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

可选地，在所述利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值之后，还包括：

将单个通道内各波长位置的亮度值除以将该通道输出激光的能量值归一化处理后得到的激光能量值，根据计算得到的亮度值得到各个通道的初步线形函数。

可选地，所述测试得到各个通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值包括：

在同一波长位置处，利用波长计连续采集预设时间内输出激光的波长值和能量值，对在该预设时间内测得的波长值和能量值分别求平均值，作为该波长位置处测得的输出激光的波长值和能量值；

在同一波长位置处，连续采集所述预设时间内光谱仪的响应值，对在该预设时间内测得的响应值求平均值，作为该波长位置处测得的光谱仪的响应值。

可选地，所述基于合并结果获得该通道最终的线形函数包括：

在预设横坐标下，对合并得到的线形函数进行插值，插值时利用当前坐标点前后多个点进行多项式拟合计算得到对应的纵坐标值。

可选地，所述基于合并结果获得该通道最终的线形函数还包括：

插值后，采用不同通道线形函数相同横坐标对应的纵坐标值在光谱维进行多项式拟合平滑。

一种光谱仪线形函数获取装置，包括：

测试模块，用于控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各个通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值；

第一计算模块，用于利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数；

第二计算模块，用于对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

可选地，所述第一计算模块还用于在所述利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值之后，将单个通道内各波长位置的亮度值除以将该通道输出激光的能量值归一化处理后得到的激光能量值，根据计算得到的亮度值得到各个通道的初步线形函数。

可选地，所述测试模块具体用于：

在同一波长位置处，利用波长计连续采集预设时间内输出激光的波长值和能量值，对在该预设时间内测得的波长值和能量值分别求平均值，作为该波长位置处测得的输出激光的波长值和能量值；

在同一波长位置处，连续采集所述预设时间内光谱仪的响应值，对在该预设时间内测得的响应值求平均值，作为该波长位置处测得的光谱仪的响应值。

可选地，所述第二计算模块用于基于合并结果获得该通道最终的线形函数包括：

所述第二计算模块具体用于在预设横坐标下，对合并得到的线形函数进行插值，插值时利用当前坐标点前后多个点进行多项式拟合计算得到对应的纵坐标值。

可选地，所述第二计算模块还具体用于插值后，采用不同通道线形函数相同横坐标对应的纵坐标值在光谱维进行多项式拟合平滑。

由上述技术方案可知，本发明所提供的光谱仪线形函数获取方法及装置，首先通过控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值，然后利用辐射响应度函数，根据响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数，最后对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

本发明光谱仪线形函数获取方法及装置，首先利用辐射响应度函数，根据测试得到的响应值计算得到光谱仪输入光在各个通道各波长位置的亮度值，得到各个通道的初步线形函数，然后通过将相邻通道的线形函数合并得到最终的线形函数，减小了线形函数的波长间隔，相比于现有技术，获取的线形函数精度提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光谱仪线形函数获取方法的流程图；

图2为本发明实施例中测试得到的激光器输出激光在不同波长位置的波长值和能量值分布图；

图3为本发明实施例根据计算出的各个通道各波长位置的亮度值得到的初步线形函数；

图4为本发明实施例将图3中101通道-109通道的初步线形函数合并表示的105通道的线形函数；

图5为本发明实施例将图4所示线形函数进行插值得到的线形函数；

图6为本发明实施例将图5所示线形函数经过平滑处理得到的线形函数；

图7为本发明实施例提供的一种光谱仪线形函数获取装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供的一种光谱仪线形函数获取方法，包括以下步骤：

s10：控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各个通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值。

这里所述的通道是指光谱仪感光面光谱维度的单个像元，能够接收一定波长范围的光。

在具体测试时，开启激光器和光谱仪，在光谱仪进入正常工作环境后，控制激光器输出激光，对光谱仪进行等波长间隔扫描。可采用波长计测量激光器输出激光的波长值和能量值，并读取光谱仪探测器输出的响应值得到光谱仪的响应值数据。

其中，激光器可采用可调谐激光器。

在实际测试时，可在光谱仪系统中安装自动采集软件，在光谱仪开启进入正常工作环境后，通过自动采集软件控制激光器、波长计和光谱仪进行扫描并测量，测试完成后得到波长计测量文件和光谱仪探测器测量文件，波长计测量文件包括激光器输出激光的波长值和能量值，探测器测量文件包括随激光扫描探测器的响应值。

在测量过程中激光器输出激光的能量并不能一直保持稳定，为了减小测量误差，在本方法的一种优选实施例中，在当前激光器输出稳定的情况下，在同一波长位置处，利用波长计连续采集预设时间内输出激光的波长值和能量值，对在该预设时间内测得的波长值和能量值分别求平均值，作为该波长位置处测得的输出激光的波长值和能量值；在同一波长位置处，连续采集所述预设时间内光谱仪的响应值，对在该预设时间内测得的响应值求平均值，作为该波长位置处测得的光谱仪的响应值。可参考图2，图2为一具体实施例中测试得到的激光器输出激光在不同波长位置的波长值和能量值分布图，其中在同一波长位置测试得到多个数据，通过求平均来得到测试值。

s11：利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数。

需要说明的是，辐射响应度是指光谱仪探测器读出的响应值与光谱仪输入光亮度值之间的定量函数。

本步骤中根据测量得到的光谱仪响应值，利用辐射响应度函数，转换计算得到光谱仪输入光的亮度值。对应光谱仪各个通道各波长位置的响应值，可计算得到各个通道各波长位置光谱仪输入光的亮度值。

本方法利用辐射响应度，根据测量得到的光谱仪响应值转换计算出光谱仪输入光的亮度值，与传统根据光谱仪响应值计算线形函数的方法相比，本方法可校正不同通道线形函数响应不一致的问题，可以校正光谱仪探测器像元响应的不均匀性，相比可提高计算光谱仪线形函数的准确性。

在测量过程中激光器输出激光的能量并不能一直保持稳定，为了校正激光器输出激光的不稳定，减小测量误差，在本方法的一种优选实施例中，对测试得到的激光器输出激光的能量值，在单个通道内对激光器输出激光的能量值进行归一化处理，得到单个通道内归一化后的激光能量值；然后，在根据响应值计算得到光谱仪输入光的亮度值之后，将单个通道内各波长位置的亮度值除以将该通道输出激光的能量值归一化处理后得到的激光能量值，根据计算得到的亮度值得到各个通道的初步线形函数。这样可以提高获取线形函数的准确性。

根据光谱仪输入光在各个通道内各波长位置的亮度值，计算得到各个通道的初步线形函数。参考图3所示，图3为一具体实施例中根据计算出的各个通道各波长位置的亮度值得到的初步线形函数，具体为100通道到110通道的线形函数。另外，利用得到的线形函数进行高斯拟合，可以确定各个通道的中心波长。

s12：对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

本步骤利用相邻通道线形函数比较一致的特点，对单个通道前后预设数量通道的初步线形函数与这一通道的初步线形函数合并，可以减小线形函数的波长间隔，使获得的线形函数采样点更加密集。

比如，将图3中101通道-109通道的初步线形函数合并在一起表示105通道的线形函数，如图4所示为合并得到的结果。从图4可以看出，合并后线形函数的波长间隔比合并前波长间隔要小，并且小很多。

然后，根据合并结果得到该通道最终的线形函数。具体包括：

步骤s120：在预设横坐标下，对合并得到的线形函数进行插值，插值时利用当前坐标点前后多个点进行多项式拟合，计算得到对应的纵坐标值，

为了获得最终的线形函数，本步骤对合并结果进行插值，具体为在合并得到的线形函数中，在预先确定的横坐标下进行插值。插值时利用当前坐标点前后多个点进行多项式拟合得到对应的纵坐标值，这样处理使线形函数满足线形表示精度。请参考图5，图5为将图4所示线形函数进行插值得到的线形函数。

进一步的，还包括步骤s121：插值后，采用不同通道线形函数相同横坐标对应的纵坐标值在光谱维进行多项式拟合平滑。并进行面积归一化，通过本步骤平滑处理使线形函数曲线更平滑，保证了线形函数的平坦度。可参考图6，图6为将图5所示线形函数经过平滑处理得到的线形函数，其中，进行多项式拟合的横坐标为通道的像元编号。图6所示线形函数进行了面积归一化。

因此，本实施例光谱仪线形函数获取方法，首先利用辐射响应度函数，根据测试得到的响应值得到光谱仪输入光在各个通道各波长位置的亮度值，得到各个通道的初步线形函数，然后通过将相邻通道的线形函数合并得到最终的线形函数，减小了线形函数的波长间隔，相比于现有技术，获取的线形函数精度提高。

相应的，请参考图7，本发明实施例还提供一种光谱仪线形函数获取装置，包括：

测试模块20，用于控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各个通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值；

第一计算模块21，用于利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数；

第二计算模块22，用于对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

可以看出，本实施例光谱仪线形函数获取装置，首先通过控制激光器对光谱仪进行等波长间隔扫描，测试得到各通道内各波长位置输出激光的波长值和能量值，以及光谱仪的响应值，然后利用辐射响应度函数，根据响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值，得到各个通道的初步线形函数，最后对单个通道，将该通道前后预设数量通道的初步线形函数与该通道的初步线形函数合并，基于合并结果获得该通道最终的线形函数。

因此，本实施例光谱仪线形函数获取装置，首先利用辐射响应度函数，根据测试得到的响应值得到光谱仪输入光在各个通道各波长位置的亮度值，得到各个通道的初步线形函数，然后通过将相邻通道的线形函数合并得到最终的线形函数，减小了线形函数的波长间隔，相比于现有技术，获取的线形函数精度提高。

本实施例光谱仪线形函数获取装置中，所述第一计算模块21还用于在所述利用辐射响应度函数，根据所述响应值计算得到各个通道内各波长位置光谱仪输入光的亮度值之后，将单个通道内各波长位置的亮度值除以将该通道输出激光的能量值归一化处理后得到的激光能量值，根据计算得到的亮度值得到各个通道的初步线形函数。

其中，所述测试模块20具体用于：

在同一波长位置处，利用波长计连续采集预设时间内输出激光的波长值和能量值，对在该预设时间内测得的波长值和能量值分别求平均值，作为该波长位置处测得的输出激光的波长值和能量值；

在同一波长位置处，连续采集所述预设时间内光谱仪的响应值，对在该预设时间内测得的响应值求平均值，作为该波长位置处测得的光谱仪的响应值。

所述第二计算模块21用于基于合并结果获得该通道最终的线形函数包括：

所述第二计算模块21具体用于在预设横坐标下，对合并得到的线形函数进行插值，插值时利用当前坐标点前后多个点进行多项式拟合计算得到对应的纵坐标值，

所述第二计算模块21还具体用于插值后，采用不同通道线形函数相同横坐标对应的纵坐标值在光谱维进行多项式拟合平滑。

以上对本发明所提供的光谱仪线形函数获取方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。