光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置

摘要

本申请实施例提供一种光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置，所述方法包括；获取待测光谱打在探测器不同位置时的效率；构建一斜弧面，并根据所述斜弧面对所述待测光谱进行校正操作，其中，所述斜弧面的长度方向值和高度方向值的数值对应关系由所述待测光谱打在探测器不同位置时的效率确定；本申请能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起。

说明书

技术领域

本申请涉及光学成像领域，具体涉及一种光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置。

背景技术

在使用线阵/面阵探测器(如CCD等)进行光谱采集时，光谱仪单次摄谱的范围有限，如果需要扫描的光谱波段范围超出了光谱仪单次摄谱的范围，则需要光谱仪转动光栅，进行多次摄谱后接谱或者使用其他方法，最终得到需要扫描的光谱波段范围。但是由于当前波长的光在光栅转动到不同角度时，当前波长的光打在探测器的像素(像素之间的差别忽略不计或者已进行光谱校正，下同)位置是不同的且其强度也不同(如图3所示，同一波长，在不同曲线上的强度值不一样)，即当前波长打在探测器的不同像素上，其效率是不一样的。故很难将两次摄谱完美的拼接在一起。最终得到的光谱，在接谱位置会出现台阶等使光谱失真的现象(如图4所示)，无法得到真实的光谱数据。

在现有技术中，需要扫描的光谱波段范围的每个波长，都会随着光栅转动进行移动被探测器的每个像素所探测，然后当前波长在各个像素的值叠加值作为当前波长的信号值。

发明人发现，现有技术中的技术方案对光谱波段范围的每个波长均需要随着光栅转动进行移动被探测器的每个像素所探测，探测器在进行数据采集时，需要谱仪停止运动(否则就会影响采集到数据的准确性)，探测器有多少个/列像素，每个波长的采集过程中谱仪就需要进行多少次的开始运动和停止运动，且每次运动间距必须使当前波长在探测器上移动一个/列像素，这样就会造成采集时间大大加长；而且需要光栅高精度的转动，以及光栅转动与CCD的数据采集进行高进度的配合，对硬件和软件部分均要求较高；由于不同波长对应的光栅色散是不一样的，当前光栅运动距离对应当前波长在探测器上移动了一个/列像素，但是对应于其他被探测器探测到的波长，其在探测器上移动的距离不再是一个/列像素，故光栅每转动一个周期，只有当前波长可以通过其在各个像素的值叠加值作为当前波长的信号值，若当前周期扫描得到的其它波长值也可以用于相邻周期，那么还需要进行相应的数据处理才可以使用。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的问题，本申请提供一种光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置，能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种光谱校正方法，所述方法包括；

获取待测光谱打在探测器不同位置时的效率；

构建一斜弧面，并根据所述斜弧面对所述待测光谱进行校正操作，其中，所述斜弧面的长度方向值和高度方向值的数值对应关系由所述待测光谱打在探测器不同位置时的效率确定。

第二方面，本申请提供一种校正装置，设置在光谱采集装置内的成像镜的成像镜射入光路或成像镜射出光路上，包括一斜弧面，所述斜弧面的弧度是由待测光谱通过所述光谱采集装置内的光栅和所述成像镜后打在探测器不同位置的效率决定的。

进一步地，所述斜弧面曲线满足公式y＝ax

进一步地，所述校正装置是由铝材质制成，所述校正装置的向光面上粘贴有吸光纸。

第三方面，本申请提供一种光谱采集装置，包括：

装置主体、设置在所述装置主体内用于对待测光谱进行分光的光栅和用于对所述待测光谱进行聚光的成像镜，所述成像镜的成像镜射入光路或成像镜射出光路上设置有用于对所述待测光谱进行效率校正的如上所述的校正装置。

进一步地，还包括探测器，所述探测器与所述装置主体连接，所述探测器用于接收经过所述校正装置效率校正后的待测光谱。

进一步地，所述装置主体上还设置有用于待测光谱射入的入射狭缝。

进一步地，所述装置主体内还设置有用于将待测光谱由非平行光转变为平行光的准直反射镜。

进一步地，所述装置主体内还设置有用于反射所述待测光谱的反射镜，所述反射镜设置在所述入射狭缝和所述准直反射镜之间。

进一步地，所述校正装置通过胶粘连接设置在所述成像镜上。

进一步地，所述校正装置设置在所述成像镜与所述光栅之间的成像镜射入光路上。

由上述技术方案可知，本申请提供一种光谱校正方法、校正装置及光谱采集装置，通过设置校正装置能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请所述光谱采集装置的结构示意图；

图2为本申请所述校正装置的结构示意图；

图3为本申请不同中心波长的光谱图像；

图4为本申请常规接谱图；

图5为本申请光路中增加校正装置后不同中心波长的光谱图像；

图6为本申请光路中增加校正装置后的接谱图；

图7为本申请所述光谱校正方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本申请的实施例。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。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

考虑到现有技术中的技术方案对光谱波段范围的每个波长均需要随着光栅转动进行移动被探测器的每个像素所探测，探测器在进行数据采集时，需要谱仪停止运动(否则就会影响采集到数据的准确性)，探测器有多少个/列像素，每个波长的采集过程中谱仪就需要进行多少次的开始运动和停止运动，且每次运动间距必须使当前波长在探测器上移动一个/列像素，这样就会造成采集时间大大加长；而且需要光栅高精度的转动，以及光栅转动与CCD的数据采集进行高进度的配合，对硬件和软件部分均要求较高；由于不同波长对应的光栅色散是不一样的，当前光栅运动距离对应当前波长在探测器上移动了一个/列像素，但是对应于其他被探测器探测到的波长，其在探测器上移动的距离不再是一个/列像素，故光栅每转动一个周期，只有当前波长可以通过其在各个像素的值叠加值作为当前波长的信号值，若当前周期扫描得到的其它波长值也可以用于相邻周期，那么还需要进行相应的数据处理才可以使用的问题。

为了能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起，本申请提供一种光谱校正方法的实施例，参见图7，所述光谱校正方法包括：

步骤S101：获取待测光谱打在探测器不同位置时的效率。

步骤S102：构建一斜弧面，并根据所述斜弧面对所述待测光谱进行校正操作，其中，所述斜弧面的长度方向值和高度方向值的数值对应关系由所述待测光谱打在探测器不同位置时的效率确定。

在本申请的一可行实施例中，设当前待测光谱的波长打在探测器第x

其中，式(1)中x

在本申请的另一可行实施例中，设当前待测光谱的波长打在探测器第x

同理，通过最小二乘法同样可以解得a、b、c、d、e的值，则得到了最终的曲线方程y＝ax

同时，可以理解的是，在实际使用中探测器在采集到的数据后实际猜到的数据记为：(x

由此通过该计算后本申请可以得到新的数组：(x

由上述描述可知，本申请提供的光谱校正方法，通过设置校正装置能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起。

为了能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起，本申请提供一种光谱采集装置的实施例，参见图2，本实施例中，所述光谱采集装置具体包含装置主体、设置在所述装置主体内用于对待测光谱进行分光的光栅6和用于对所述待测光谱进行聚光的成像镜4，所述成像镜4的成像镜4射入光路或成像镜4射出光路上设置有用于对所述待测光谱进行效率校正的校正装置5。

可选的，虽然待测光谱的当前波长打在探测器7的不同像素上，其效率不一样，但是待测光谱的当前波长的效率随着其在探测器7上位置的不同呈现规律的变化，由此，本申请根据该规律设计一种校正装置5(如图2所示)，将该校正装置5设置于光栅6与探测器7的光路(如图1光路所示)中，最终改变待测光谱的效率，使其打在探测器7的不同位置处，其效率保持一致。

结合图1举例来说，待测光谱首先通过入射狭缝2进入本申请的装置主体中，然后通过反射镜1反射后打到准直反射镜31上，准直反射镜31把入射的非平行光变成平行光打到光栅6上，光栅6对待测光谱进行分光处理，经过光栅6的待测光谱打到成像镜4上，成像镜4把不同波长的光汇聚到探测器7上，通过探测器7的探测以及相关软件等最终完成对光谱的探测。

这其中，本申请设置一校正装置5安装在成像镜4的成像镜4入射光路或成像镜4出射光路上，即待测光谱通过该校正装置5完成光谱校正。

可选的，本申请的校正装置5也可直接设置于所述成像镜4上。

参加图5和图6，通过本申请装置主体中的校正装置5，最终使得两次摄谱完美的拼接在一起，快速完成宽范围光谱采集，解决了接谱不准确的技术问题。

可以理解的是，本申请的光谱采集装置适用于宽范围光谱采集，但并不局限于宽范围光谱采集。

从上述描述可知，根据本申请实施例提供的光谱采集装置，通过设置校正装置5能够快速、准确和便捷的对光谱进行校正，以使当前波长打在探测器7的不同像素上时其效率保持基本一致，最终使两次摄谱完美的拼接在一起。

作为一种优选地实施方式，还包括探测器7，所述探测器7与所述装置主体连接，所述探测器7用于接收经过所述校正装置5效率校正后的待测光谱。

作为一种优选地实施方式，所述校正装置5设置有一斜弧面，所述斜弧面的弧度是由所述待测光谱通过所述光栅和所述成像镜后打在所述探测器不同位置的效率决定的，具体的，y＝ax

作为一种优选地实施方式，所述校正装置5是由铝材质制成，所述校正装置的向光面上粘贴有吸光纸，但本申请并不局限于该铝材质，该铝材质仅是一种效果较好的实例，本申请的校正装置5也可由其他材质制成。

作为一种优选地实施方式，所述装置主体上还设置有用于待测光谱射入的入射狭缝2。

作为一种优选地实施方式，所述装置主体内还设置有用于将待测光谱由非平行光转变为平行光的准直反射镜31。

作为一种优选地实施方式，所述装置主体内还设置有用于反射所述待测光谱的反射镜1，所述反射镜1设置在所述入射狭缝2和所述准直反射镜31之间。

作为一种优选地实施方式，所述校正装置5通过胶粘连接设置在所述成像镜4上，但可以理解的是，本申请的所述校正装置5并不局限于安装在成像镜4位置处，该校正装置5也可安装在光栅6到探测器7之间的光路任何适用位置处，例如所述校正装置5设置在所述成像镜4与所述光栅6之间的成像镜4射入光路上。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。