一种亚像素级光谱仪器波长定标方法

本发明属于光谱仪器定标领域，特别是涉及一种亚像素级光谱仪器波长定标方法。

背景技术：

1、光谱仪器定标是提高仪器稳定性和确保数据准确性的关键环节，有助于实现量值的可比性和溯源性，以满足法规合规性的基本要求。与传统仪器依靠单值信号校准纠正仪器偏差的方式不同，光谱仪器的波长定标采用波长-像素多值映射的方法，以确保对样品的波长信息进行准确测量和解析。虽然国际上已经有波长定标的相关的技术标准，但仅限于定标基本流程。

2、当前光谱仪器的波长定标首先需要获得校准光源发射谱线的峰值点，然后建立像素与峰值点对应波长之间的定标方程，该校准是像素级的。受限于ccd相机像素的分辨率，像素级定标的系统误差为半个像素。为满足复杂样品的检测精度要求，一种更有效的方法是改进光谱仪器的波长校准策略。可以将ccd像素捕获的离散光谱点，通过拟合的方式变成连续的光谱曲线，这样就突破了ccd像素分辨率的限制，提升了光谱仪的检测精度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，包括：选取定标光源，获取所述定标光源的发射谱线及对应标准波长数据；

3、其中，所述发射谱线由ccd靶面采集的像素序列与像素值构成的光谱点组成；所述定标光源是由多个具有不同波长或光谱特性的单色光源组成的组合光源；

4、对所述发射谱线进行峰值检测，得到与发射谱线标准波长对应的峰值点的像素整数值；

5、基于所述发射谱线的峰值点拟合出谱线峰心，获取所述峰值点对应峰心的像素小数值，对所述峰心的像素小数值和标准波长数据进行多项式拟合，得到波长定标方程，完成亚像素级波长定标。

6、可选的，对所述发射谱线进行峰值检测的具体过程包括：

7、采用小波峰值检测函数对所述发射谱线进行自动峰值检测，峰值检测完成后利用极值检测方法选取所述发射谱线的极值点作为峰值点。

8、可选的，基于所述发射谱线的峰值点拟合出谱线峰心的具体过程包括：

9、在每个峰值点的左右两侧各选取5-10个光谱点，利用选取的光谱点构造高斯拟合函数，获取峰值点对应峰心的像素小数值，并与标准波长进行多项式拟合，所述高斯拟合函数为：

10、

11、式中，x为组成发射谱线的光谱点，yc_g为光谱点对应的峰高值，y0为拟合峰形的基线，a为拟合峰形的峰面积，ω为拟合峰形的峰宽，xc为拟合谱线峰心的像素小数值。

12、可选的，完成亚像素级波长定标的具体过程包括：

13、分别建立峰值点、峰心对应的像素整数值、像素小数值和发射谱线标准波长数据的多项式拟合，并基于最小二乘法优化拟合结果，基于峰值点拟合出像素级波长定标方程，基于峰心拟合出亚像素级波长定标方程。

14、本发明的技术效果为：

15、本发明提供的一种亚像素级光谱仪器波长定标方法包括：选择稳定性和均匀性较高的组合定标光源，获取所述定标光源的发射谱线及对应标准波长数据；对所述发射谱线进行峰值检测，得到与发射谱线标准波长对应的峰值点的像素整数值；基于所述发射谱线的峰值点及周围的光谱点建立谱峰拟合函数，获取与所述峰值点对应峰心的像素小数值；建立定标光源所有标准波长与对应像素小数值的映射函数，完成更高分辨率的亚像素级定标。本发明通过构建一个拟合函数来逼近谱峰值点，实现亚像素级波长定标，能够显著提高光谱仪器定标精度以及光谱仪器检测分辨率，本发明的定标精度较像素级定标提升一个量级。

技术特征：

1.一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，其特征在于，对所述发射谱线进行峰值检测的具体过程包括：

3.根据权利要求1所述的一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，其特征在于，基于所述发射谱线的峰值点拟合出谱线峰心的具体过程包括：

4.根据权利要求1所述的一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，其特征在于，完成亚像素级波长定标的具体过程包括：

技术总结
本发明属于光谱仪器定标领域，并公开了一种亚像素级光谱仪器波长定标方法，包括：选择稳定性和均匀性较高的组合定标光源，获取所述定标光源的发射谱线及对应标准波长数据；对所述发射谱线进行峰值检测，得到与发射谱线标准波长对应峰值点的像素整数值；基于所述发射谱线的峰值点及周围光谱点建立谱峰拟合函数，获取与所述峰值点对应峰心的像素小数值；建立定标光源所有标准波长与对应像素小数值的映射函数，完成更高分辨率的亚像素级定标。本发明通过构建谱峰拟合函数来逼近谱峰峰心，实现亚像素级波长定标，能够显著提高光谱仪器定标精度。

技术研发人员：李肃义,李新立
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16