基于DMD单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法与流程

本发明涉及编码成像的技术领域，具体涉及一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法。

背景技术：

色散光谱仪由于棱镜或光栅等色散元件的固有问题会引起色散非线性和谱线弯曲现象。这些现象直接影响光谱图像数据的应用，因此，在使用前需要监测各光谱通道的中心波长和带宽变化情况，以保证光谱定标的精度。

传统的光谱仪器的光谱标定法包括谱线灯标定方法和单色仪标定方法。谱线灯标定方法利用汞灯或钠灯的发射谱线，只能实现光谱分辨率较高、线性色散仪器的的光谱标定，不能实现光谱带宽的标定。单色仪标定方法连续输出单色准直光，可同时实现宽光谱范围的波长和带宽标定，该标定方法对于传统狭缝式色散光谱仪有很好的标定效果，因此得到了广泛的使用。但是，基于编码孔径的色散光谱仪在利用编码孔径取代传统狭缝后，在二维空间上存在光谱混叠，传统的单色仪标定法难以满足标定精度要求，且后期数据处理较为复杂。

因此，针对现有的光谱标定方法不适用于编码孔径的色散光谱仪标定的问题，有必要提供一种具有高精度的利用数字微镜器件(digitalmicromirrordevice，简称dmd)单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法。

技术实现要素：

针对现有的光谱标定方法不适用于编码孔径的色散光谱仪的问题，本发明实施例提供一种具有高精度的利用数字微镜器件(digitalmicromirrordevice，简称dmd)单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法。该方法有效地解决了现有标定方法不适用编码孔径的色散光谱仪标定的问题。

该基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法的具体方案如下：一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法，包括步骤s1：将带有平行光管的单色仪安装在基于dmd的编码孔径色散光谱仪前，使得所述单色仪出射的平行光束与dmd的选通镜元表面垂直，所述单色仪的单色光波长间隔为δλ；步骤s2：在所述dmd上加载编码图像，所述编码图像可控制所述dmd实现特定视场位置的单镜元选通；步骤s3：接通所述单色仪的光源，选定标定单色光波长，控制探测器对响应图像进行采集；步骤s4：依次切换所述单色仪的通光谱段δλ1，δλ2,…,δλn，n为大于1的自然数；步骤s5：重复步骤s3和步骤s4，直至完成对所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪特定视场位置的窄带光谱色散后在探测器上的响应位置s1,s2,…,sn统计；步骤s6：对采集的各窄带光谱色散后在探测器上的响应位置进行高斯拟合，从而完成对基于dmd的编码孔径色散光谱仪在该特定视场位置的光谱标定；步骤s7：重复步骤s3至步骤s6，实现对其他任意视场位置色散光谱的标定，再选取标定视场位置的组合，从而完成对基于dmd的编码孔径色散光谱仪的全视场光谱标定。

优选地，所述n的具体数值根据所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪的精度进行确定。

优选地，所述单色仪的单色光波长间隔δλ对应所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪的光谱标定精度。

优选地，所述光谱段δλ1，δλ2,…,δλn覆盖所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪的工作谱段。

优选地，所述方法还包括步骤：将dmd中每个微镜元沿其对角线翻转±α°，使得入射光信号得以反射到光路中两个不同方向，从而实现对光的选通。

优选地，所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪中dmd的镜元尺寸经后续光学系统后在探测器上的成像大小与探测器像元相互匹配。

优选地，所述dmd为数字微镜器件。

优选地，所述方法应用领域包括对单一视场位置进行色散光谱的标定和同时对多个视场位置进行色散光谱的标定。

优选地，所述色散光谱的标定包括各视场中心波长的标定和各视场位置中心带宽的标定。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法利用dmd可在二维平面内任意位置进行像素级选通的特点，当窄谱段平行光束经dmd选通镜后被色散元件色散成像到探测器上，通过记录离散窄谱段光束在探测器上的响应位置，经过后期的线性拟合可反演出经色散元件色散后各波长光谱与探测器像元间的位置关系，选通不同视场相应位置的dmd镜元进行上述光谱标定，即可完成对系统的全视场色散光谱标定。进一步地，本发明实施例提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法解决了基于编码孔径的色散光谱仪在利用编码孔径取代传统狭缝后，由于在二维空间上存在光谱混叠，传统的单色仪标定法难以满足标定精度要求，且后期数据处理复杂的难题。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的dmd微镜元经后续系统后与探测器像元理想对应关系的示意图；

图4为本发明实施例中提供的对标定波长和响应视场进行高斯拟合后的光谱定标曲线示意图。

附图标记说明：

1、dmd2、色散成像系统3、探测器

4、控制计算机5、光源6、单色仪

7、平行光管9、选通镜元

12、当单色仪谱段为δλ1时对应探测器响应像元位置s1

13、当单色仪谱段为δλn时探测器响应像元位置sn

14、基于dmd的编码孔径色散光谱仪

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的实施例，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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的流程示意图。该基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法，包括七个步骤，每个步骤具体的内容如下所述。

步骤s1：将带有平行光管的单色仪安装在基于dmd的编码孔径色散光谱仪前，使得所述单色仪出射的平行光束与dmd的选通镜元表面垂直，所述单色仪的单色光波长间隔为δλ。单色仪的单色光波长间隔δλ对应所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪的光谱标定精度。dmd为数字微镜器件(digitalmicromirrordevice)，dmd具有灵活快捷的编码方式，可实现在二维平面内任意位置进行像素级选通。

步骤s2：在所述dmd上加载编码图像，所述编码图像可控制所述dmd实现特定视场位置的单镜元选通。基于dmd的编码孔径色散光谱仪中dmd的镜元尺寸经后续光学系统后在探测器上的成像大小与探测器像元相互匹配。

步骤s3：接通所述单色仪的光源，选定标定单色光波长，控制探测器对响应图像进行采集。

步骤s4：依次切换所述单色仪的通光谱段δλ1，δλ2,…,δλn，n为大于1的自然数。n的具体数值根据所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪的精度进行确定。光谱段δλ1，δλ2,…,δλn覆盖基于dmd的编码孔径色散光谱仪的工作谱段。

步骤s5：重复步骤s3和步骤s4，直至完成对所述基于dmd的编码孔径色散光谱仪特定视场位置的窄带光谱色散后在探测器上的响应位置s1,s2,…,sn统计。

步骤s6：对采集的各窄带光谱色散后在探测器上的响应位置进行高斯拟合，从而完成对基于dmd的编码孔径色散光谱仪在该特定视场位置的光谱标定。

步骤s7：重复步骤s3至步骤s6，实现对其他任意视场位置色散光谱的标定，再选取标定视场位置的组合，从而完成对基于dmd的编码孔径色散光谱仪的全视场光谱标定。

基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法的应用领域包括对单一视场位置进行色散光谱的标定和同时对多个视场位置进行色散光谱的标定。色散光谱的标定包括各视场中心波长的标定和各视场位置中心带宽的标定。

在一优选实施例中，基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法还包括步骤：将dmd中每个微镜元沿其对角线翻转±α°，使得入射光信号得以反射到光路中两个不同方向，从而实现对光的选通。

参考图2，本发明实施例中提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的结构示意图。结合图2具体的结构，图1所述的流程步骤的具体操作过程如下所述。

将带有平行光管7的单色仪6安装在基于dmd的编码孔径色散光谱仪14前。在dmd1上加载可控制dmd实现特定视场单镜元选通9的编码图像，接通单色仪6的光源5。选择标定单色光波长，控制计算机4控制探测器3对响应图像进行采集，控制计算机4记录探测器3的响应像元位置s，依次切换单色仪的通光谱段δλ1，δλ2,…,δλn，其中，n的数值可根据光谱定标精度合理选择。重复上述步骤，即可完成对基于dmd的编码孔径色散光谱仪14特定视场位置的窄带光谱色散后在探测器上的响应位置s112，s2，…sn13的统计。对采集的各窄带光谱色散后在探测器3上的响应位置进行高斯拟合，即可完成对色散光谱仪在该特定视场位置的光谱标定。同理，可实现对其他任意视场位置色散光谱的标定，通过合理的选取视场位置组合即可完成对色散光谱仪的全视场色散光谱标定。

继续参考图3，本发明实施例提供的dmd微镜元经后续系统后与探测器像元理想对应关系的示意图。dmd1与探测器3分别与控制计算机4连接。控制计算机4发送编码信号至dmd1，使dmd1加载可控制dmd实现特定视场位置的单镜元选通的编码图像。控制计算机4同时发送图像采集信号至探测器3，控制探测器3采集图像。dmd1与探测器3之间设置有色散成像系统2。由图3中可以看出，此时，dmd微镜元和探测器像元位置关系具有严格的对应关系。

参考图4所示，本发明实施例中提供的对标定波长和响应视场进行高斯拟合后的光谱定标曲线示意图。通过图4观察可知，不同标定波长在不同的视场位置有所变化，且不同视场位置与不同标定波长的变化趋势相同。

本发明实施例提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法利用dmd可在二维平面内任意位置进行像素级选通的特点，当窄谱段平行光束经dmd选通镜后被色散元件色散成像到探测器上，通过记录离散窄谱段光束在探测器上的响应位置，经过后期的线性拟合可反演出经色散元件色散后各波长光谱与探测器像元间的位置关系，选通不同视场相应位置的dmd镜元进行上述光谱标定，即可完成对系统的全视场色散光谱标定。

本发明实施例提供的一种基于dmd单镜元选通实现编码孔径色散光谱标定的方法解决了基于编码孔径的色散光谱仪在利用编码孔径取代传统狭缝后，由于在二维空间上存在光谱混叠，传统的单色仪标定法难以满足标定精度要求，且后期数据处理复杂的难题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。