CN107144359B - 红外光谱辐射计光谱分辨增强方法、红外光谱辐射计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨增强方法和宽波段红外光谱辐射计，方法包括对入射红外信号进行光谱采样，得到渐变滤光片的各个波长通道，对各个波长通道中的任意两个相邻波长通道的重叠区域进行二次采样，根据所述二次采样得到的谱峰位置，构建中间波长通道，实现宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强。本发明提出的光谱分辨率增强方法，无需对硬件进行更新，仅需增加有限次光谱采样，然后通过适当数据处理，即可实现基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强，具有简单、高效的特点。

Description

红外光谱辐射计光谱分辨增强方法、红外光谱辐射计

技术领域

本发明属于宽波段红外光谱辐射计领域，具体涉及宽波段红外光谱辐射计光谱分辨增强方法、红外光谱辐射计。

背景技术

宽波段红外光谱辐射计是一类集光谱仪与辐射计功能于一体的测量系统，是一种非常重要的红外测量仪器，广泛应用于目标识别、光谱特性测试、大气观测、人造源的特性测试等众多科研、生产等场合。

滤光片分光体制是红外光谱辐射计常用的一种分光体制。渐变滤光片是目前使用较多的一种新型滤光片，与传统滤光相比，其波长覆盖范围和光谱分辨率都有了明显改善。渐变滤光片是一种波长沿某一方向均匀增加或减少的新型超窄带滤光片。使用高精度电机驱动渐变滤光片，使得入射光依次通过渐变滤光片的不同位置，即能获取对应透过波长的出射光，这就是红外光谱辐射计使用渐变滤光片进行分光的原理。采用该分光体制红外光谱辐射计的光谱分辨率由渐变滤光片相邻两个波长通道的间隔决定，渐变滤光片相邻两个波长通道的间隔即为渐变滤光片自身物理分辨率。

但受制于渐变滤光片的工作原理及加工制造工艺，目前红外波段的渐变滤光片最好的物理分辨率也只有2%测量波长。并且随着技术的发展，对于红外光谱辐射计，对其宽波段、高速、高光谱分辨率测量能力提出了越来越高的要求。因此，受限于渐变滤光片自身物理分辨率限制，基于渐变滤光片分光的红外光谱辐射计在某些应用场合已不能很好的满足应用需求，存在光谱分辨率能力瓶颈问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种简单、方便高效、性能好的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率增强方法，无需对硬件进行更新，仅需增加有限次光谱采样，然后通过适当数据处理，即可实现基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强。

本发明采用下面的技术方案：

一种基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨增强方法，对入射红外信号进行光谱采样，得到渐变滤光片的各个波长通道，对各个波长通道中的任意两个相邻波长通道的重叠区域进行二次采样，根据所述二次采样得到的谱峰位置，构建中间波长通道，实现宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强。

上述的技术方案无需对硬件进行更新，仅需增加有限次光谱采样，然后通过适当数据处理，即可实现基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强，具有简单、高效的特点。

进一步的，若二次采样得到的谱峰仅出现在两个相邻波长通道的重叠区域上，而相邻两个波长通道无谱峰值，表示红外光谱辐射计能够在所述两个相邻波长通道之间分辨出新的波长。

进一步的，在所述两个相邻波长通道的重叠区域上构建中间波长通道，当渐变滤光片的波长分布呈线性时，该中间波长通道的中心波长为两个相邻波长通道之中心波长的线性插值。

进一步的，在所述两个相邻波长通道的重叠区域上构建中间波长通道，当渐变滤光片的波长分布呈非线性时，该中间波长通道的中心波长由非线性拟合算法给出。

进一步的，将各个波长通道按照中心波长从小到大排列或从大到小排列，对其中两个相邻波长通道的重叠区域按照从小到大顺序或从大到小顺序进行二次采样。

进一步的，所述各个通道的光谱采样为高斯型函数。

本发明还提出了一种技术方案：一种基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计，采用上述的光谱分辨增强方法。

本发明的有益效果：

（1）本发明提出的光谱分辨率增强方法，无需对硬件进行更新，仅需增加有限次光谱采样，然后通过适当数据处理，即可实现基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强，具有简单、高效的特点；

（2）本发明可方便的应用到现有的基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计，可实现约50%的光谱分辨率增强。

附图说明

图1为渐变滤光片的光谱分光原理图；

图2为本发明的光谱分辨率增强方法示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，为基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计的光谱分光原理图，光谱分光模块中的光阑、斩光器、渐变滤光片在各自控制模块的控制下运行。其中，光阑用于控制入射光的视场角，从而可控制渐变滤光片上的光斑大小及入射的能量；斩光器用于完成入射光的调制。渐变滤光片控制模块控制渐变滤光片运动，以使得红外入射光依次通过渐变滤光片的不同位置，从而波长依次变化的红外输出信号光，即完成对入射红外信号光的光谱分光。

渐变滤光片是一种基于干涉原理的新型超窄带滤光片，渐变滤光片的透过波长沿某一方向均匀变化，使得滤光片的中心波长等光谱指标线性变化。入射辐射通过渐变滤波片时，非滤光片中心波长的辐射被滤除。渐变滤光片的物理特性，决定了渐变滤光片的波长通道具有一定的波长宽波段，即渐变滤光片的物理分辨率，这也就限制了渐变滤光片能够实现的最好光谱分辨率为2%通道中心波长。且相邻波长通道间存在光谱重叠区域，即此区域可能包含来自相邻波长通道的波长信号。本发明正是基于这一特性，提出基于光谱重构思想实现光谱分辨率的增强。

如图2所示，为本发明给出的光谱分辨率增强方法的示意图，图中假定用于宽波段红外光谱辐射计的渐变滤光片的某两个相邻波长通道的标号为通道1和通道3。本发明给出的光谱分辨率增强方法步骤如下：

步骤1：宽波段红外光谱辐射计光谱采样时，在渐变滤光片相邻波长通道1和波长通道3的重叠区域增加一次光谱采样；

步骤2：比较相邻三次光谱采样数据，即对应于渐变滤光片相邻两个波长通道1和波长通道3的光谱采样，如果谱峰仅出现在渐变滤光片相邻波长通道1和波长通道3的重叠区域的光谱采样上，而相邻波长通道1和波长通道3无谱峰值，则能分辨率出新的波长；

步骤3：基于步骤2出现的新波长，重构增加新的波长通道2，即实现了宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强；

步骤4：重构增加的新波长通道2的中心波长由相邻两个波长通道1和波长通道3的中心波长给出。当渐变滤光片的波长分布呈良好线性时，为相邻两个波长通道1和波长通道3的中心波长的均值；否则，则由非线性拟合算法给出。

本实施例提出的光谱分辨率增强方法，无需对硬件进行更新，仅需增加有限次光谱采样，然后通过适当数据处理，即可实现基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强，具有简单、高效的特点。

本发明的再一实施例是一种基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计，包括渐变滤光片，渐变滤光片后部设置有斩光器，斩光器后方设置有光阑，本实施例中采用渐变滤光片控制模块驱动渐变滤光片移动，在相邻两个波长通道之间，利用探测器对入射红外信号进行光谱采样，采用上述的光谱分辨率增强方法实现宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强。

本实施例将前述方法应用到现有的基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计，可实现约50%的光谱分辨率增强。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计光谱分辨增强方法，其特征在于：对入射红外信号进行光谱采样，得到渐变滤光片的各个波长通道，对各个波长通道中的任意两个相邻波长通道的重叠区域进行二次采样，根据所述二次采样得到的谱峰位置，构建中间波长通道，实现宽波段红外光谱辐射计光谱分辨率的增强；

若二次采样得到的谱峰仅出现在两个相邻波长通道的重叠区域上，而相邻两个波长通道无谱峰值，表示红外光谱辐射计能够在所述两个相邻波长通道之间分辨出新的波长；

在所述两个相邻波长通道的重叠区域上构建中间波长通道，当渐变滤光片的波长分布呈线性时，该中间波长通道的中心波长为两个相邻波长通道之中心波长的线性插值；

在所述两个相邻波长通道的重叠区域上构建中间波长通道，当渐变滤光片的波长分布呈非线性时，该中间波长通道的中心波长由非线性拟合算法给出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将各个波长通道按照中心波长从小到大排列或从大到小排列，对其中两个相邻波长通道的重叠区域按照从小到大顺序或从大到小顺序进行二次采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述各个通道的光谱采样为高斯型函数。

4.一种基于渐变滤光片的宽波段红外光谱辐射计，其特征在于，包括光阑及光阑控制模块、斩光器及斩光器控制模块和采用上述权利要求1-3中任一项所述的基于渐变滤光片的红外光谱辐射计光谱分辨增强方法。