CN109238464B - 一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统 - Google Patents

一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统。方法包括：获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；以探测器距离光轴的最近点为起点，以探测器距离所述光轴最远的点为终点，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；根据圆周半径的最值，确定中间圆周；将所有中间圆周划分为N段相同弧长的圆弧；根据圆周上圆弧的等分点得到与探测器像面相交的所有点；将所有点值进行累加，得到累加值；根据累加值和划分数量，确定当前半径对应的弧长的比例值；根据比例值得到频率幅值；根据多个频率幅值构建固有线性函数曲线。采用本发明的方法或系统解决了傅里叶变换光谱仪固有线形函数解析表达式求解困难、不具有通用性的问题。

Description

一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统
技术领域
本发明涉及光谱分析领域，特别是涉及一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统。
背景技术
傅里叶变换光谱技术是重要的光谱分析手段，傅里叶变换光谱仪对单色光的响应通常具有一定的形状，称作线形函数。线形函数主要源自两个方面，首先是切趾过程造成的展宽，称作理想线形函数；其次是有限孔径、光轴偏移等因素造成的展宽，称作固有线形函数。测量光谱的精确解析，需要准确把握理想线形函数和固有线形函数。其中，固有线形函数依赖于探测器形状及其与光轴直接的相对关系，传统方法采用几何求解的方法，解析表达式复杂且不具有通用性，难以直接应用于工程中固有线形函数的求解。
发明内容
本发明的目的是提供一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法及系统，解决傅里叶变换光谱仪固有线形函数解析表达式求解困难、不具有通用性的问题，提高傅里叶光谱仪数据应用水平。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法，所述确定方法包括：
获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；
根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分；
根据所述等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
将所有点的值进行累加，得到累加值；
根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000021
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
根据多个所述频率幅值构建固有线性函数曲线。
可选的，所述根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，具体包括：
根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
可选的，光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括平移、旋转。
可选的，所述根据所述比例值与频率幅值转换关系得到频率幅值，具体包括：
根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000022
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统，所述确定系统包括：
获取模块，用于获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
最值确定模块，用于以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；
中间圆周确定模块，用于根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
圆周划分模块，用于将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分；
相交点计算模块，用于根据所述等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
累加模块，用于将所有点的值进行累加，得到累加值；
比例值确定模块，用于根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
转换模块，用于根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000031
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
曲线构建模块，用于根据多个所述频率幅值构建固有线性函数曲线。
可选的，所述比例值确定模块，具体包括：
比例值确定子单元，用于根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
可选的，光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括平移、旋转。
可选的，所述转换模块，具体包括：
转换子单元，用于根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000041
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法，所述确定方法包括：获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分；根据所述等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；将所有点的值进行累加，得到累加值；根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；根据所述比例值得到频率幅值；根据多个所述频率幅值构建固有线性函数曲线。上述方法解决了傅里叶变换光谱仪固有线形函数解析表达式求解困难、不具有通用性的问题，提高了傅里叶光谱仪数据应用水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法流程图；
图2为本发明实施例圆周半径最大值和圆周半径最小值示意图；
图3为本发明实施例傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统结构图；
图4为本发明实施例从圆心开始的圆周与探测器相交情况示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法流程图。如图所示，一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法，所述确定方法包括：
步骤101：获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
步骤102：以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值，图2为本发明实施例圆周半径最大值和圆周半径最小值示意图；
步骤103：根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
步骤104：将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分；对圆周划分点数N的数量，N越大，则固有线形函数求解结果精度越高。
步骤105：根据所述等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
步骤106：将所有点的值进行累加，得到累加值；
步骤107：根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
步骤108：根据所述比例值与频率幅值转换关系得到频率幅值，具体包括：
根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000051
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
步骤109：根据多个所述频率幅值构建固有线性函数曲线。
步骤107，具体包括：
根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括探测器形状、面积，及其相对光轴发生的平移、旋转：
Figure BDA0001804733030000061
在圆弧划分时，也可以采用非等分划分的方法，但是非等分的划分方法是在当随机取点数足够多时才可以采用的，因为在随机取点数即划分圆弧段数足够多时，落在探测器上的点，与总点数之比，同样能反映所截断弧长比例。
图3为本发明实施例傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统结构图。如图3所示，一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统，所述确定系统包括：
获取模块201，用于获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
最值确定模块202，用于以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；
中间圆周确定模块203，用于根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
圆周划分模块204，用于将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分；
相交点计算模块205，用于根据所述等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
累加模块206，用于将所有点的值进行累加，得到累加值；
比例值确定模块207，用于根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
转换模块208，用于所述根据所述比例值与频率幅值转换关系得到频率幅值；
曲线构建模块209，用于根据多个所述频率幅值构建固有线性函数曲线。
可选的，所述比例值确定模块207，具体包括：
比例值确定子单元207，用于根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
转换模块208，具体包括：
转换子单元，用于根据所述比例值采用公式
Figure BDA0001804733030000071
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径,v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距。
光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括探测器形状、面积，及其相对光轴发生的平移、旋转：
Figure BDA0001804733030000072
图4为本发明实施例从圆心开始的圆周与探测器相交情况示意图。如图4所示，假设边长为1的正方形探测器中心与光轴重合，则从圆心开始的圆周与探测器相交情况分为如下三种：
(1)r_min＝0<r<r1＝1，2pi圆周完全落在探测器范围内，则其对应的线形函数幅值为1；
(2)r1<r<r_max＝sqrt(1)/2，探测器所截弧长随半径增加而减小，线形函数幅值呈现递减规律；
(3)r>rmax，则探测器与圆周不想交，圆周r对应的离轴光线能量落在探测器之外，对应线形函数幅值为0。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：
获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；
根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分或N非等分划分；
根据等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
将所有点的数量值进行累加，得到累加值；
根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
根据所述当前半径与频率幅值转换关系得到频率幅值；
根据所述比例值和所述频率幅值构建固有线形函数曲线；
所述根据所述当前半径与频率幅值转换关系得到频率幅值，具体包括：
根据所述当前半径采用公式
Figure FDA0002876169660000011
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径，即当前半径，v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距；
所述根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，具体包括：
根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
2.根据权利要求1所述的傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定方法，其特征在于，光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括平移、旋转。
3.一种傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统，其特征在于，所述确定系统包括：
获取模块，用于获取傅里叶变换光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系；
最值确定模块，用于以所述探测器距离所述光轴的最近点为起点，以所述探测器距离所述光轴最远的点为终点，以光轴位置为圆心，确定圆周半径最大值和圆周半径最小值；
中间圆周确定模块，用于根据所述圆周半径最大值和所述圆周半径最小值，确定中间圆周；
圆周划分模块，用于将所有所述中间圆周划分为N段圆弧，所述N为划分数量，所述划分为N等分划分或N非等分划分；
相交点计算模块，用于根据等分点或非等分点得到与所述探测器像面相交的所有点；
累加模块，用于将所有点的值进行累加，得到累加值；
比例值确定模块，用于根据所述累加值和所述划分数量，确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值；
转换模块，用于根据所述当前半径与频率幅值转换关系得到频率幅值；
曲线构建模块，用于根据所述比例值和所述频率幅值构建固有线形函数曲线；
所述转换模块，具体包括：
转换子单元，用于根据所述当前半径采用公式
Figure FDA0002876169660000031
得到频率幅值；
其中，v0是原始频率，r是距离光轴的半径，即当前半径，v是半径r在频率域对应的频率，f是探测器对应的焦距；
所述比例值确定模块，具体包括：
比例值确定子单元，用于根据R(r)＝M/N确定当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值R(r)，其中，R(r)为当前半径对应的弧长占当前半径对应的中间圆周的比例值，M为累加值，N为划分数量。
4.根据权利要求3所述的傅里叶变换光谱仪固有线形函数确定系统，其特征在于，光谱仪光轴和探测器像面的相对位置关系包括平移、旋转。
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大气垂直探测仪光谱定标;刘鹏等;《光电工程》;20080229;第109-113页全文 *

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