滤波器阵列重构光谱测定的制作方法
本申请要求2016年2月26日提交的名称为“etalonarrayreconstructivespectrometry(标准具阵列重构光谱测定)”的美国临时专利申请no.62/300,601的优先权，其公开内容全文以引用方式并入本文中。
本文所公开的主题总体上涉及光谱测定，更具体而言，涉及重构光谱测定。
背景技术
光谱仪可用于测量包括，例如，电离辐射(例如，伽马辐射、硬x射线、软x射线)、光波(例如，近紫外、近红外、中红外、远红外)和/或微波和无线电波在内的电磁频光谱的一个或多个部分内的光的特性。常规的基于光栅的光谱仪通常依赖于色散光学设备(例如，棱镜和/或光栅)将输入光分成由所述光的分量波长构成的光谱。接下来，衍射光可能被传播(例如，通过一个或多个反射镜)到被配置为测量各分量波长的光功率或强度(例如，单位面积能量)的传感器(例如，光电二极管和/或光电晶体管)上。
技术实现要素：
提供了用于滤波器阵列光谱测定的系统和方法。所述系统可以包括具有第一标准具和第二标准具的标准具阵列。所述第一标准具可以被配置为对光进行处理，从而至少生成第一透射图案。所述第一透射图案可以至少具有对应于所述光的原始光谱内的第一波长的第一透射峰。所述第二标准具可以被配置为对光进行处理，从而至少生成第二透射图案。所述第二透射图案可以至少具有对应于所述光的原始光谱内的第二波长的第二透射峰。所述第一标准具可以具有不同于所述第二标准具的厚度，从而使所述第一透射图案具有至少一个处于不同于所述第二透射图案的波长上的透射峰。所述第一透射图案和所述第二透射图案可以实现对所述光的原始光谱的重构。
在一些变型中，可以任选按照任何可行的组合包含包括下述特征在内的文中公开的一项或多项特征。所述系统可以进一步包括至少一个处理器和至少一个存储器。所述至少一个存储器可以包括程序代码，所述程序代码在被所述至少一个处理器执行时提供操作。所述操作可以包括至少基于所述第一透射图案和所述第二透射图案重构所述光的原始光谱。对所述光的原始光谱的重构可包括应用一种或多种信号重构技术。所述一种或多种信号重构技术可以包括压缩感测。可以应用所述一种或多种信号重构技术以确定所述光的最佳地拟合所述第一透射图案和所述第二透射图案的近似光谱。
在一些变型中，可以确定校正因子。可以至少基于通过所述标准具阵列的光的原始光谱与所述光的重构光谱之间的差异来确定所述校正因子。可以对光谱应用所述校正因子，所述光谱接下来基于通过所述第一标准具和/或第二标准具生成的透射图案而被重构。
在一些变型中，可以至少基于所述光的重构光谱分析发射、反射和/或透射所述光的对象(object)。对所述对象的分析可以包括至少基于所述光的重构光谱确定所述对象的分子组成。对所述对象的分析可以包括至少基于所述光的重构光谱来确定所述对象的温度。对所述对象的分析可以包括将所述光的重构光谱与多个已知光谱进行比较。
在一些变型中，所述第一标准具可以是由隔开第一距离的第一对反射表面形成的，并且所述第二标准具可以是由隔开第二距离的第二对反射表面形成的。所述第一对反射表面和/或所述第二对反射表面可以是由金属膜形成的。所述金属膜可以是银(ag)、金(au)和/或铝(al)。所述第一对反射表面和/或所述第二对反射表面可以是通过光学透明介质分开的。所述光学透明介质可以是二氧化硅(sio2)。所述第一透射峰可以至少是由被所述第一对反射表面反射的光的相长干涉导致的，并且所述第二透射峰可以至少是由被所述第二对反射表面反射的光的相长干涉导致的。
在一些变型中，所述标准具阵列可以包括阈值数量的标准具，标准具的所述阈值数量至少是基于所述光的光谱的稀疏度确定的。所述滤波器阵列光谱测定系统可以进一步包括传感器。所述标准具阵列可以被设置到所述传感器的前面，并且所述传感器可以被配置为至少俘获所述第一透射图案和/或所述第二透射图案。所述传感器可以是图像传感器和/或光强探测器。所述传感器可以是电荷耦合器件(ccd)传感器、互补金属氧化物半导体(cmos)传感器、热传感器、光电二极管、雪崩光电探测器(apd)和/或光电倍增管(pmt)。所述滤波器阵列光谱测定系统可以进一步包括被配置为相对于所述标准具阵列控制所述光的入射角和/或焦点的一个或多个光学设备。所述滤波器阵列光谱测定系统可以进一步包括被配置为装入所述标准具阵列、所述传感器以及所述一个或多个光学设备的外壳。所述标准具阵列可以形成被配置为将所述第一标准具和第二标准具同时设置到所述传感器前面的网格结构，并且所述传感器被配置为可同时俘获所述第一透射图案和所述第二透射图案。所述标准具阵列可以是被配置为在将所述第二标准具设置到所述传感器的前面之前，将所述第一标准具设置到所述传感器的前面的可选择轮，并且，所述传感器被配置为在俘获所述第二透射图案之前俘获所述第一透射图案。所述重构光谱的分辨率可以对应于所述第一标准具和所述第二标准具的相应厚度。
在附图和下面的描述当中阐述了文中描述的主题的一种或多种变型的细节。通过所述描述和附图以及权利要求，文中描述的主题的其他特征和优点将变得显而易见。尽管出于例示的目的与企业资源软件系统或者其他商业软件解决方案或架构相关地描述了当前公开的主题的某些特征，但是应当容易地理解这样的特征并非意在构成限制。跟随本公开之后的权利要求意在限定所要求保护的主题的范围。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一幅彩色绘制的附图。在请求并支付必要费用的前提下，专利局将提供本专利或专利申请公开带有一幅或多幅彩色附图的副本。结合到本说明书当中并且构成本说明书的部分的附图示出了本文所公开的主题的某些方面，其连同说明书一起有助于解释与本文所公开的主题相关联的某些原理。在附图中：
图1a描绘了说明根据一些示例性实施例的重构光谱测定系统的方框图；
图1b描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列光谱仪的示例性配置；
图1c描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列光谱仪的示例性配置；
图1d描绘了说明根据一些示例性实施例的滤波器阵列和传感器阵列的透视图；
图1e描绘了根据一些示例性实施例的针对滤波器阵列光谱仪的输入选项；
图1f描绘了根据一些示例性实施例的针对滤波器阵列光谱仪的输入选项；
图2a描绘了根据一些示例性实施例的第一滤波器和第二滤波器；
图2b描绘了说明根据一些示例性实施例的与第一滤波器和第二滤波器相关联的透射图案的图示；
图3a描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列；
图3b描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列；
图4描绘了说明根据一些示例性实施例的用于重构光谱测定的过程的流程图；并且
图5描绘了说明与当前主题的实施方式一致的计算系统的方框图。
在实际时，采用类似的附图标记表示类似的结构、特征或元件。
具体实施方式
常规光谱仪可以至少通过使输入光发生衍射(例如，变成由所述光的分量波长构成的光谱)并且使衍射光传播到传感器(例如，光电二极管和/或光电晶体管的阵列)上来测量光的特性(例如，强度)。然而，执行这些操作通常需要大量的移动光学部件(例如，棱镜、光栅和/或反射镜)，它们使得常规光谱仪过于笨重、易碎、昂贵。因而，尽管其具有很多有用的应用，但是到目前为止光谱仪仍然未能扩散到实验室范围之外。
在一些示例性实施例中，一种滤波器阵列光谱仪可以包括具有起着光谐振器的作用的多个滤波器的滤波器阵列。所述滤波器阵列中的每一滤波器可以是配置有特定通带的标准具。因而，随着光通过滤波器阵列内的滤波器，每一滤波器可以使处于滤波器的通带之外的至少一个波长(或者光谱的部分)衰减，同时允许处于该滤波器的通带内的至少一个其他波长(或者所述光谱的部分)透射。所述滤波器阵列内的每一滤波器的输出可以是形成透射图案的输出光谱。这一透射图案可以包括对应于能够通过该滤波器的各个波长(或者所述光谱的各个部分)的多个透射峰。根据一些示例性实施例，所述滤波器阵列可以包括厚度存在差异的滤波器，因为不同厚度的滤波器可以生成每一滤波器独有的不同透射图案。所得到的多个独特透射图案(例如，由滤波器阵列内的不同滤波器生成的)可以用于重构通过所述滤波器阵列的光的全光谱。
在一些示例性实施例中，可以采用来自滤波器阵列内的不同厚度滤波器(例如，标准具)的多个透射图案来重构穿过滤波器阵列的原始光谱。每一透射图案可以包括所述原始光谱中的波长的采样。因而，可以至少应用一种或多种信号重构技术(例如，压缩感测和/或类似技术)，从而至少确定最佳地拟合滤波器阵列内的所有滤波器生成的透射图案的原始光谱的近似表示，由此恢复所述光的原始光谱。应当认识到，根据本公开的各种实施例配置的滤波器阵列可以既紧凑又廉价。此外，由这样的滤波器阵列形成的滤波器阵列光谱仪可以不含有任何移动部分，因此与常规光谱仪(例如，基于光栅的光谱仪)相比可以更加鲁棒。因而，在一些示例性实施例中，可以针对各种应用部署滤波器阵列光谱仪，例如，所述应用包括片上实验室测量、野外光谱测定、太空检测仪表和嵌入系统。
在一些示例性实施例中，可以采用受到对象发射、反射和/或透射的光的光谱对对象进行分析。例如，对象可以发射、反射和/或透射对于存在于该对象中的分子而言具有特异性的光(例如，处于中红外范围内)。因而，由对象发射、反射和/或透射的光的光谱可以用作为光谱特征，其可以用于确定形成所述对象的材料和/或化合物的分子组成。或者和/或此外，对象可以发射、反射和/或透射热电磁辐射(例如，处于中红外范围内的黑体辐射)，其可以用于被动热视觉和/或温度测量。为了清楚简明起见，将联系光波描述本公开的各种实施例。但是，文中公开的主题也可以应用于其他波样现象，包括，例如，声波、地震波、重力波和/或机械波。此外，应当认识到，当周围环境中的光不足以从对象发射、反射和/或透射光时，可以采用光源主动照射对象。但是，所述滤波器阵列光谱仪也可以能够在无需主动外部光源的情况下俘获由对象被动发射、反射和/或透射的光。
在一些示例性实施例中，滤波器阵列光谱仪可以具有紧凑形状因子，其使得所述滤波器阵列光谱仪能够被集成到便携式装置当中，例如，所述便携式装置包括智能电话、平板个人计算机(pc)、膝上型电脑、机器人、无人机、可穿戴装置和/或类似装置。例如，可以将所述滤波器阵列光谱仪集成到智能电话照相机内，其方式是至少将所述滤波器阵列包含到照相机内，同时可以采用智能电话的处理器进行光谱重构。因而，根据一些示例性实施例，所述滤波器阵列光谱仪的形状因子可以使场阵列光谱仪尤其适用于场光谱测定。例如，所述滤波器阵列光谱仪可以基于自各种对象的发射、反射和/或透射的光来确定这些对象的分子组成。作为一个说明性示例，可以采用具有集成滤波器阵列的智能电话照相机俘获由食物发射、反射和/或透射的光，以确定食物的脂肪和/或糖含量。
图1a示出了说明根据一些示例性实施例的重构光谱测定系统100的方框图。参考图1a，重构光谱测定系统100可以包括滤波器阵列光谱仪110和光谱发生器130。如图1a所示，滤波器阵列光谱仪110和光谱发生器130可以通过有线和/或无线网络120通信耦接，所述网络120可以是局域网(lan)、广域网(wan)和/或因特网。这里，滤波器阵列光谱仪110可以相对于光谱发生器130远程操作，例如，其作为分离的和/或可分离的光谱仪。或者和/或此外，滤波器阵列光谱仪110和/或光谱发生器130可以是主平台的集成部件，例如，所述主平台是智能电话、平板个人计算机(pc)、膝上型电脑、机器人、无人机和/或可穿戴装置(例如，智能手表、健身跟踪器和/或类似装置)。例如，滤波器阵列光谱仪110和/或光谱发生器130可以都集成到主平台内，从而使得所述主平台可以充当独立的光谱仪。
在一些示例性实施例中，滤波器阵列光谱仪110可以被配置为生成与通过滤波器阵列光谱仪110的光相关联的多个透射图案。例如，滤波器阵列光谱仪110可以包括构成，例如，滤波器阵列的多个滤波器。所述多个滤波器可以是具有变化厚度的标准具。应当认识到，标准具可以包括一对部分反射表面，并且标准具的厚度可以对应于所述一对部分反射表面之间的距离。
在一些示例性实施例中，标准具可以被配置为仅透射通过所述标准具的光的某些波长(例如，来自光的原始光谱)，由此形成透射图案。这一透射图案可以包括对应于能够通过该标准具的光的波长(例如，来自光的原始光谱)的多个透射峰。此外，这一透射图案可以对应于所述标准具的厚度以及构成所述标准具的反射表面的反射率。因而，同样的光通过具有不同厚度的标准具可以生成每一标准具所特有的不同透射图案。
在一些示例性实施例中，滤波器阵列光谱仪110可以进一步包括被配置为俘获来自所述滤波器阵列内的每一滤波器的透射图案的传感器。所述传感器可以是图像传感器和/或光强探测器。例如，传感器146可以是电荷耦合器件(ccd)传感器、互补金属氧化物半导体(cmos)传感器、热传感器、光电二极管、雪崩光电探测器(apd)、光电倍增管(pmt)和/或类似传感器。
在一些示例性实施例中，光谱发生器130可以被配置为重构通过滤波器阵列光谱仪110的光的原始光谱。构成滤波器阵列光谱仪110的滤波器阵列中的每一滤波器(例如，标准具)可以提供该滤波器所特有的透射图案(例如，通过所述传感器俘获的)。例如，同样的光可以通过具有不同厚度的滤波器(例如，标准具)，由此在每一滤波器处生成不同透射图案。每一透射图案可以包括对应于作为所述光的原始光谱的部分的波长的透射峰。这些不同透射图案可以被用于重构通过滤波器阵列光谱仪110的光的原始光谱。
在一些示例性实施例中，通过滤波器阵列光谱仪110的光的重构光谱可以用于分析发射、反射和/或透射所述光的对象。如更早指出的，所述对象可以在无需主动外部光源的情况下发射、反射和/或透射光。根据一些示例性实施例，对象可以发射、反射和/或透射对于存在于该对象内的分子而言具有特异性的光(例如，处于中红外范围内)。这里，由对象发射、反射和/或透射的光的光谱可以充当光谱特征，其可以用于确定所述对象的分子组成(例如，食物的糖、脂肪和/或蛋白质含量)。因而，可以至少通过在存储着已知分子组成的多个光谱特征的数据储存库135内识别出与重构光谱匹配的光谱特征而确定对象的分子组成。或者和/或此外，对象可以发射、反射和/或透射热电磁辐射(例如，处于中红外范围内的黑体辐射)，其可以用于被动热视觉和/或温度测量。
图1b描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列光谱仪110的示例性配置。参考图1a-1b，滤波器阵列光谱仪110可以包括可选择滤波器轮144和传感器146。如图1b所示，滤波器阵列光谱仪110可以配置有能够一次俘获来自一个滤波器的透射图案的单个传感器(例如，传感器146)。因而，根据一些示例性实施例，可选择滤波器轮144可以被配置为每次使单个滤波器(例如，标准具)与传感器146耦合。例如，可以使可选择滤波器轮144旋转，从而将单个滤波器(例如，标准具)放置到传感器146的前面，由此使传感器146能够在可选择滤波器轮144被旋转从而将另一滤波器(例如，标准具)置于传感器146的前面之前俘获来自所述的单个滤波器的透射图案。应当认识到，所述传感器146可以是任何图像传感器和/或光强探测器。例如，传感器146可以是电荷耦合器件(ccd)传感器、互补金属氧化物半导体(cmos)传感器、热传感器、光电二极管、雪崩光电探测器(apd)、光电倍增管(pmt)和/或类似传感器。
再次参考图1b，滤波器阵列光谱仪110可以进一步包括一个或多个光学设备142。例如，所述一个或多个光学设备142可以是光学透镜和/或反射镜，其被配置为相对于可选择滤波器轮144中的滤波器控制入射光的入射角和/或焦点。此外，如图1b所示，滤波器阵列光谱仪110可以包括外壳140。所述一个或多个光学设备142、可选择滤波器轮144和/或传感器146可以被装入到外壳140内。根据一些示例性实施例，外壳140可以被配置为使滤波器阵列光谱仪110能够充当分离的和/或可分离的光谱仪。或者和/或此外，外壳140可以被配置为使滤波器阵列光谱仪110能够作为主平台(例如，智能电话、平板个人计算机、膝上型电脑、机器人、无人机、可穿戴装置和/或类似装置)的集成部件。
图1c描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列光谱仪110的另一示例性配置。参考图1a和图1c，滤波器阵列光谱仪110可以包括滤波器阵列154和传感器阵列156。滤波器阵列154可以是，例如，具有变化厚度的标准具的阵列。如图1b所示，滤波器阵列光谱仪110可以配置有能够一次俘获来自多个滤波器(例如，标准具)的透射图案的传感器阵列(例如，传感器阵列156)。因而，根据一些示例性实施例，滤波器阵列154可以被放置到传感器阵列156的前面，从而使传感器阵列156能够俘获来自滤波器阵列154中的多个滤波器的透射图案。应当认识到，所述传感器阵列156可以是多个图像传感器和/或光强探测器形成。例如，传感器阵列156可以包括多个电荷耦合器件(ccd)传感器、多个互补金属氧化物半导体(cmos)传感器、多个热传感器、多个光电二极管、多个雪崩光电探测器(apd)、多个光电倍增管(pmt)和/或多个类似传感器。
再次参考图1c，滤波器阵列光谱仪可以进一步包括一个或多个光学设备152。例如，所述一个或多个光学设备152可以是光学透镜和/或反射镜，其被配置为相对于滤波器阵列154控制入射光的入射角和/或焦点。此外，如图1b所示，滤波器阵列光谱仪110可以包括外壳150。所述一个或多个光学设备152、滤波器阵列154和/或传感器阵列156可以被装入到外壳150内。根据一些示例性实施例，外壳150可以被配置为使滤波器阵列光谱仪110能够充当分离的和/或可分离的光谱仪。或者和/或此外，外壳150可以被配置为使滤波器阵列光谱仪110能够作为主平台(例如，智能电话、平板个人计算机、膝上型电脑、机器人、无人机、可穿戴装置和/或类似装置)的集成部件。
图1d描绘了说明根据一些示例性实施例的滤波器阵列154和传感器阵列156的透视图。滤波器阵列154可以是具有变化厚度的标准具的阵列。参考图1a以及图1c-1d，滤波器阵列154可以是具有100个独立的滤波器(例如，标准具)的10×10网格结构。但是，应当认识到，滤波器阵列154可以包括任何数量的独立滤波器。此外，构成滤波器阵列154的滤波器可以是按照除了图1d所示的网格结构以外的任何图案和/或替代图1d所示的网格结构的任何图案布置的。
在一些示例性实施例中，滤波器阵列154可以被放置于传感器阵列156的前面，从而可由传感器阵列156俘获通过滤波器阵列154的输入光形成的透射图案。例如，如图1d所示，滤波器阵列154可以包括多个滤波器，包括，例如，第一滤波器162和第二滤波器164。第一滤波器162和第二滤波器164可以是具有不同厚度并因而具有不同光学特性的标准具。与此同时，传感器阵列156可以包括多个传感器，包括，例如，第一传感器172和第二传感器174。第一传感器172和第二传感器174可以是电荷耦合器件(ccd)传感器和/或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。
在一些示例性实施例中，第一传感器172可以被配置为俘获通过第一滤波器162的输入光所形成的透射图案，而第二传感器174可以被配置为俘获通过第二滤波器164的输入光的透射图案。应当认识到，第一滤波器162可以具有与第二滤波器165不同的厚度。这一厚度变化可以使得通过第一滤波器162的输入光形成不同于通过第二滤波器164的输入光的透射图案。可以采用所述的不同透射图案(例如，通过光谱发生器130)重构输入光的原始光谱。
图1e-1f描绘了根据一些示例性实施例的针对滤波器阵列光谱仪110的输入选项。如图1e所示，在一些示例性实施例中，滤波器阵列光谱仪110可以被配置为直接俘获输入光。或者和/或此外，滤波器阵列光谱仪110可以被配置为通过光纤端口180俘获输入光。应当认识到，滤波器阵列光谱仪110可以被配置为通过任何方式俘获输入光。
图2a描绘了根据一些示例性实施例的第一滤波器162和第二滤波器164。参考图1a-1c以及图2a，第一滤波器210和第二滤波器220可以形成联系图1b描述的可选择滤波器轮144和/或联系图1c描述的滤波器阵列154的至少一部分。
如图2a所示，第一滤波器162和第二滤波器164可以是由通过光学透明介质隔开的一对反射表面形成的标准具。例如，第一滤波器162可以包括第一反射表面212和第二反射表面214，它们通过第一光学透明介质216隔开。同时，第二滤波器164可以包括第三反射表面222和第四反射表面224，它们通过第二光学透明介质226隔开。在一些示例性实施例中，形成第一滤波器162和/或第二滤波器164的反射表面可以是部分反射的。因而，第一反射表面212、第二反射表面214、第三反射表面216和/或第四反射表面218可以与反射率r相关联。应当认识到，反射表面的反射率r可以对应于输入光的可以受到所述反射表面反射的部分和/或输入光的可以被允许通过所述反射表面的部分。
根据一些示例性实施例，第一反射表面212、第二反射表面214、第三反射表面216和/或第四反射表面218可以由包括，例如，银(ag)、金(au)、铝(al)和/或类似金属的金属膜形成。所述金属膜可以具有30纳米(nm)的厚度和/或经优化的不同厚度。第一光学透明介质216和/或第二光学透明介质218可以由700纳米厚的二氧化硅(sio2)层形成。
在一些示例性实施方式中，第一滤波器162和/或第二滤波器164可以是10×10滤波器阵列的部分。但是，应当认识到，第一滤波器162和/或第二滤波器164可以是任何n×m滤波器阵列的部分，其中，n和m可以是相同或不同的任意数。为了形成这种10×10滤波器阵列，可以首先采用溅射淀积在玻璃衬底上淀积30纳米的银(ag)层，接下来采用等离子体增强化学气相淀积在其上淀积700纳米的二氧化硅(sio2)层。可以至少通过在所述二氧化硅的顶部旋涂2.8微米厚的聚(甲基丙烯酸甲酯)层，之后在其上淀积2.5微米厚的导电金(au)层而由聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)形成10×10网格台阶结构。可以将所得到的结构(例如，由多个具有500微米×500微米尺寸的方形构成的10×10网格)放置到电子束光刻机内，并暴露在不同的电子束剂量下，所述剂量在10千电子伏特(kev)的能量上可以处于1.4到80微库伦/平方厘米(μc/cm2)的范围内。接下来可以采用碘化钾(ki)蚀刻剂去除金(au)，同时可以通过将聚(甲基丙烯酸甲酯)网格结构浸没到甲基异丁基酮(mibk)的溶液当中5分钟并采用异丙醇清洗30秒，聚(甲基丙烯酸甲酯)可被显影。这样可以得到多个凹陷(例如，处于聚(甲基丙烯酸甲酯)内)的10×10阵列，所述凹陷的深度处于20纳米到2微米的范围内。这里，可以在氮气(n2)下使所述聚(甲基丙烯酸甲酯)网格结构干燥，并采用额外的30纳米银层(例如，通过溅射淀积施加的)和30纳米的二氧化硅层对该结构进行整饰，所述二氧化硅层起着防止银氧化的保护膜的作用。所得到的10×10滤波器阵列可以包括处于1.5微米到3.5微米的厚度范围内的滤波器(例如，第一滤波器162和和/或第二滤波器164)。
图3a-3b描绘了根据一些示例性实施例的滤波器阵列154。参考图3a-3b，滤波器阵列154可以是具有构成10×10网格的100个滤波器的5毫米×5毫米结构。为了说明大小，图3a示出了挨着十美分硬币的滤波器阵列154。同时，图3b示出了通过室内荧光照明对其进行背面照射后的滤波器阵列154。如图3b所示，由于滤波器厚度的差异和所产生的透射图案的原因，颜色透射可以在滤波器之间存在变化。
在一些示例性实施例中，第一滤波器162可以具有与第二滤波器164不同的厚度。第一滤波器162和第二滤波器164的相应厚度可以对应于构成第一滤波器162和第二滤波器164的反射表面的间隔距离。如图2a所示，第一反射表面212和第二反射表面214(例如，形成第一滤波器162)可以隔开第一距离d1。同时，第三反射表面222和第四反射表面224(例如，形成第二滤波器164)可以隔开第二距离d2。通过滤波器(例如，标准具)的输入光可以形成透射图案，因为所述反射表面可以通过至少反射输入光的部分同时透射所述光的其他部分而使输入光与其自身发生干涉。具体而言，所述透射图案可以包括由所述光的受到各反射表面反射的部分之间相长干涉得到的周期性透射峰。
图2b描绘了说明根据一些示例性实施例的与第一滤波器162和第二滤波器164相关联的透射图案的图示。参考图1a-1c以及图2a-2b，可以通过传感器阵列156(例如，第一传感器172和第二传感器174)俘获与第一滤波器162和第二滤波器164相关联的透射图案。图2b示出了对应于通过第一滤波器162的光的透射图案的第一透射图案252以及对应于通过第二滤波器164的光的透射图案的第二透射图案254。如上文所指出的，第一滤波器162和第二滤波器164的相应厚度的差异可以使得通过第一滤波器162的光形成不同于通过第二滤波器164的相同光的透射图案。具体而言，由于第一滤波器162和第二滤波器164的厚度差异的原因，第一透射图案162内的透射峰的位置可以不同于第二透射图案164内的透射峰的位置。
在一些示例性实施例中，第一透射图案252可以对应于能够通过第一滤波器162的光波长，而第二透射图案254则可以对应于能够通过第二滤波器164的光波长。因而，第一透射图案252和第二透射图案254可以各提供通过第一滤波器162和第二滤波器164的光的原始光谱的相应抽样。
应当认识到，滤波器(例如，标准具)的透射图案可以与所述滤波器的反射表面的反射率以及所述滤波器的厚度(例如，所述反射表面之间的距离)有关。因而，在一些示例性实施例中，第一滤波器162和第二滤波器164可以配置有不同厚度，从而使得第一透射图案252不同于第二透射图案254。在第一透射图案252中的至少一个透射峰不与第二透射图案254中的透射峰重叠时，第一透射图案252可以不同于第二透射图案254。或者和/或此外，可以对形成第一滤波器162和第二滤波器164的表面的反射率加以配置(例如，将其配置成不同值)，从而使得第一透射图案252不同于第二透射图案254。
在一些示例性实施例中，可以通过下述等式(1)定义滤波器i(例如，处于可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内)的透射图案ti：
其中，λ可以是以法角入射到滤波器(例如，第一滤波器162和/或第二滤波器164)上的光的波长，r可以是形成所述滤波器的反射表面的反射率，d可以是形成所述滤波器的反射表面之间的距离，n可以是隔开所述反射表面的光学透明介质的折射率。
在一些示例性实施例中，传感器(例如，第一传感器172、第二传感器174)可以检测来自滤波器(例如，第一滤波器162、第二滤波器164)的对应于由通过所述滤波器的输入光形成的透射图案的信号。(例如，滤波器阵列156中的)滤波器i的信号ii可以通过下述等式(2)定义：
ii＝∫ti(λ)s(λ)dλ(2)
其中，i＝1,2,…m，m可以对应于(例如，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内的)滤波器的总数，并且s(λ)可以是入射到滤波器i上的光的光谱。
在一些示例性实施例中，在滤波器i处获得的信号ii可以对应于由通过滤波器i的光形成的透射图案ti。因而，可以至少基于每一滤波器i处的各个透射图案ti来恢复所述原始光谱s。例如，可以应用一种或多种信号重构技术，从而确定最佳地拟合从(例如，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内的)数量m个滤波器中的每者获得的信号ii的重构光谱s′。
在应用压缩感测信号重构技术重构原始光谱s时，l1范数的最小化可以收敛至重构光谱s′的稀疏解。照此，在滤波器阵列相对较小时(例如，在m为相对较小的值时)，压缩感测信号重构技术可以是适当的，并且/或者原始光谱s可以足够稀疏，从而能够基于相对较少的输入光测量结果得以重构。
重构光谱s′的保真度(例如，相对于原始光谱s而言)可以取决于用于生成重构光谱s′的信号ii和/或透射图案ti的数量m。因而，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内的滤波器(例如，标准具)的总数可能限制重构光谱s′的保真度。此外，此外，这一对重构保真度的限制可能进一步与原始光谱s的稀疏度有关，所述稀疏度对应于原始光谱s内的为零或者近乎为零的波长分量的数量。相应地，一些信号重构技术(例如，压缩感测)可能尤其适于自数量相对较少的测量结果恢复稀疏光谱。作为进一步的例示，激光的光谱在波长方面极为稀疏，接近单色。因而，可以使用压缩感测和少量的测量结果精确地重构激光的原始光谱。相反，白噪声的光谱可以是极为密集的，从而防止使用压缩感测和少量测量结果以高保真度重构白噪声的光谱。
可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154中的滤波器的数量m可以是基于原始光谱s的稀疏度确定的。例如，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154可以包括取得所要求的重构保真度水平所需的阈值数量的滤波器(例如，标准具)。这一滤波器阈值数量可以根据需要重构的原始光谱s的稀疏度而变化。应当认识到，在原始光谱s密集时，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154可以包括更大数量的滤波器。相反，在原始光谱s稀疏时，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154可以包括更小数量的滤波器。
重构光谱s的光谱分辨率可以对应于可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内的滤波器(例如，第一滤波器162、第二滤波器164)的厚度。这里，滤波器(例如，标准具)的品质因数(q因数)和(例如，透射图案中的)透射峰的清晰度可以与滤波器的厚度直接相关。也就是说，(透射图案中的)透射峰的清晰度可以对应于点扩展函数的清晰度。因而，更厚的滤波器(例如，标准具)可以提供具有更加精细的全宽半最大值(fwhm)的透射峰以及更高分辨率的重构光谱。应当认识到，一些信号重构技术可以能够补偿可用滤波器的厚度所带来的光谱分辨率方面的限制。例如，即使存在可用滤波器所带来的分辨率限制，压缩感测也可以实现对稀疏光谱的高度精确的恢复。
可以对滤波器阵列光谱仪110进行校准。例如，可以对滤波器阵列光谱仪110进行校准，以校正对滤波器阵列154的非均匀照射(例如，由于输入光的准直的原因)。此外，可以基于一个或多个已知光谱对滤波器阵列光谱仪110进行校准。可以基于已知光谱与滤波器阵列光谱仪110测得的光谱之间的差异生成校正因子。所述校正因子可以对应于已知光谱和滤波器阵列光谱仪110测得的光谱之间的平均离差。可以对采用滤波器阵列光谱仪110取得的后续测量结果应用这一校正因子。
图4描绘了说明根据一些实施例的用于重构光谱测定的过程400的流程图。参考图1-4，过程400可以由重构光谱测定系统100执行。
重构光谱测定系统100可以至少通过使用第一滤波器162处理光生成第一透射图案252并且至少通过使用第二滤波器164处理光而生成第二透射图案254(402)。例如，重构光谱测定系统100可以包括滤波器阵列光谱仪110。滤波器阵列光谱仪110可以包括第一滤波器162和第二滤波器164。通过第一滤波器162的光可以生成第一透射图案252，而通过第二滤波器164的同样光可以生成第二透射图案254。第一透射图案252和第二透射图案254可以至少在第一透射图案252和第二透射图案254内的一个或多个透射峰的位置方面存在差异。应当认识到，第一透射图案252和第二透射图案254之间的差异可以对应于第一滤波器162和第二滤波器164的相应厚度方面的差异。
重构光谱测定系统100可以至少基于所述第一透射图案和第二透射图案确定输入光的光谱(404)。在一些示例性实施例中，重构光谱测定系统100(例如，光谱发生器130)可以至少基于第一透射图案252和第二透射图案254重构输入光的原始光谱。例如，重构光谱测定系统100可以应用一种或多种信号重构技术(例如，压缩感测)，从而至少确定原始光谱的最佳地拟合第一透射图案252和第二透射图案254的近似结果。
下面的表1示出了实施重构光谱测定系统100的操作的伪程序代码。例如，表1示出了用于重构光谱测定系统100的校准、在(例如，可选择滤波器轮144和/或滤波器阵列154内的)每一滤波器取得的测量结果(例如，投射图案)的收集以及用于重构原始光谱s的伪程序代码。
表1
图5描绘了说明与当前主题的实施一致的计算系统500的方框图。参考图1和图5，可以采用计算系统500实施光谱发生器130和/或其内的任何部件。
如图5所示，计算系统500可以包括处理器510、存储器520、存储装置530和输入/输出装置540。处理器510、存储器520、存储装置530和输入/输出装置540可以通过系统总线550互连。处理器510能够处理在计算系统500内执行的指令。这样的被执行的指令能够实现(例如)光谱发生器130的一个或多个部件。在当前主题的一些实施方式当中，处理器510可以是单线程处理器。可替换地，处理器510可以是多线程处理器。处理器510能够处理存储在存储器520内和/或存储装置530上的指令，以显示通过输入/输出装置540提供的用户界面的图形信息。
存储器520是存储计算系统500内的信息的计算机可读介质，例如，其为易失性或者非易失性的。例如，存储器520能够存储表示配置对象数据库的数据结构。存储装置530能够为计算系统500提供持久性存储。存储装置530可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置或者其他适当持久性存储手段。输入/输出装置540提供计算系统500的输入/输出操作。在当前主题的一些实施方式当中，输入/输出装置540包括键盘和/或定点装置。在各种实施方式中，输入/输出装置540包括用于显示图形用户界面的显示器单元。
根据当前主题的一些实施方式，输入/输出装置540能够提供网络装置的输入/输出操作。例如，输入/输出装置540可以包括以太网端口或者其他联网端口，从而与一个或多个有线和/或无线网络(例如，局域网(lan)、广域网(wan)、因特网)通信。
在当前主题的一些实施方式当中，计算系统500可以用于执行各种交互式计算机软件应用(例如，microsoft
文中描述的主题的一个或多个方面或特征可以是通过数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合实现的。这些各种各样的方面或特征可以包括通过一个或多个计算机程序的实施，所述计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，所述可编程处理器可以是专用或通用的，其可以被耦接为从存储系统、至少一个输入装置和和至少一个输出装置接收数据和指令以及向其发送数据和指令。所述可编程系统或者计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般是相互远离的，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
这些还可以被称为程序、软件、软件应用、应用、部件或代码的计算机程序包括针对可编程处理器的机器指令，并且可以通过高级过程化的和/或面向对象的编程语言以及/或者通过汇编/机器语言实施。如文中使用的，术语“机器可读介质”是指任何用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的计算机程序产品、设备和/或装置，例如，磁盘、光盘、存储器和可编程逻辑器件(pld)，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指任何用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的信号。机器可读介质可以非暂态地存储机器指令，例如，就像非暂态固态存储器或者磁硬盘驱动器或任何等价存储介质所做的那样。或者或此外，机器可读介质可以按照瞬态方式存储这样的机器指令，例如，就像与一个或多个物理处理器核心相关联的处理器高速缓存或者其他随机存取存储器所做的那样。
为了提供与用户的交互，文中描述的主题的一个或多个方面或特征可以在计算机上实施，所述计算机具有用于向用户显示信息的显示装置，例如，阴极射线管(crt)或液晶显示器(lcd)或发光二极管(led)监视器，并且所述计算机还具有键盘以及诸如鼠标或跟踪球的定点装置，用户能够通过这些装置向计算机提供输入。也可以采用其他种类的装置提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感知反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以是以任何形式接收的，包括但不限于声学、语音或触觉输入。其他可能的输入装置包括但不限于触摸屏或者其他触敏装置，例如，单点或多点电阻式或电容式触控板、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指示器(pointer)、数字图像俘获装置以及相关联的解释软件等。
文中描述的主题可以体现到系统、设备、方法和/或物件当中，具体取决于期望的配置。上文的描述中阐述的实施方式不代表符合文中描述的主题的所有实施方式。相反，这些实施方式只是符合与所描述主题有关的各个方面的一些示例。尽管上文已经详细描述了几种变型，但是其他修改或添加也是可能的。具体而言，可以在文中阐述的那些以外提供额外的特征和/或变型。例如，上文描述的实施方式可以涉及所公开特征的各种组合及子组合以及/或者上文公开的几个额外特征的组合及子组合。此外，附图中描绘的和/或文中描述的逻辑流不是一定需要按照所示出的具体顺序或者顺次的顺序才能实现预期结果。其他实施方式也可以处于下面的权利要求的范围内。
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