CN109724695B - 一种光谱仪波长标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光谱仪波长标定装置，包括OCT系统、标定模型、图像模块、分析模块和校正模块，标定模型包括透镜和玻璃，透镜设于OCT系统和玻璃之间；OCT系统提供光源，光源通过透镜入射到玻璃，图像模块获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号；分析模块初始化OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A‑Scan图像，获取A‑Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；校正模块判断第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值，否则，调节OCT系统的光谱校正参数，并重复执行分析模块，提高了波长标定结果的精确。

Description

一种光谱仪波长标定装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗成像技术领域，尤其涉及一种光谱仪波长标定装置及方法。

背景技术

光谱测量具有灵敏度高、分析速度快等特点，可对不同的吸收光谱(如紫外光、可见光、近红外光等吸收光谱)、反射和辐射光谱等多种光谱进行定性定量分析。由于被测样品吸收或者反射的光强是光波波长的函数，所以使用光谱仪进行样品成分测量的依据是被测样品在各光波波长下吸收或者反射的光强大小。因此在实际测量中，光谱仪中各CCD或者CMOS像素所对应的实际光波波长必须准确，否则，测量的准确度就会降低。

光谱仪在出厂时都已经精确标定，但是在使用一段时间后光波波长与光纤光谱仪中的CCD像素间的关系会发生变化，并且CCD部件的电路漂移也会引起光谱仪中的CCD像素间的关系会发生变化，并且CCD部件的电路漂移也会引起光波波长与像素之间的变化，所以在实际使用中，都要定期进行标定。在光谱仪中，一个复合光经光栅分光后，会将不同波长的依次排开照射在相机的不同像素上。波长标定就是将不同像素对应的波长值标示出来。波长标定过程的思路是，采用含有已知波长的线状特征谱线的标准光源作为依据，将该光源的光信号输入到光谱仪中后获取从仪器输出的谱线数据，对数据进行处理并找出所有特征谱线的峰值所对应的像素位置，结合于相应特征谱线的峰值波长真值，得出谱线的“峰值波长-像素位置”数据组。用多项式函数拟合所述数据获得该光谱仪输出波长与像素位置之间的关系函数，依次就可以推出每个像素对应的波长值，达到波长标定的目的。现有技术中，通过搭建标定系统并进行波长标定实验，通常采用低压汞氩灯作为标准光源，实验中通常采用光纤来实现光路耦合。由于光纤较窄，入射到光谱仪中的光能量就会减少，因此光能量不能容易耦合进光谱仪，影响波长标定的精确度。其次，光谱仪的分辨率较低的话，也会影响波长标定的准确度。

因此，为解决上述技术问题，本发明提出一种光谱仪波长标定装置及方法，解决波长标定过程中出现的问题，提高波长标定的准确度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光谱仪波长标定装置及方法，提高了波长标定结果的精确度。

根据上述发明目的，本发明一种提供种光谱仪波长标定装置，所述标定装置包括OCT系统、标定模型、图像模块、分析模块和校正模块，所述标定模型包括透镜和玻璃，其中，

所述透镜设于所述OCT系统和所述玻璃之间；

所述OCT系统，用于提供光源，所述光源通过所述透镜入射到所述玻璃；

所述图像模块，用于获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号；

所述分析模块，用于初始化所述OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

所述校正模块，用于判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值，否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述分析模块。

优选地，所述玻璃是为石英玻璃，所述玻璃的厚度为2mm。

优选地，所述透镜与所述玻璃之间的距离为17mm。

优选地，所述装置还包括一固定件，用于固定所述透镜和玻璃。

优选地，所述图像模块具体用于，采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

优选地，所述分析模块包括：

设置单元，用于随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3；

提取单元，用于将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号转换为对应的B-Scan图像；

获取单元，用于根据所述B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

优选地，所述装置还包括计算模块，用于根据所述光谱校正参数的最优值以及下述公式，获取每一个像素点对应的波长，所述公式为：

λ＝C0+A*C1+A*C2²+A*C3³；

其中，A为光谱仪相机的像素点，C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值，λ为对应该像素点的波长。

根据上述发明目的，本发明提供一种光谱仪波长标定方法，所述方法包括：

S1、获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号；

S2、初始化OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

S3、判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值；

S4、否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述步骤S2和S3。

优选地，所述步骤S1具体包括：

采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

优选地，所述步骤S2具体包括：

随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3；

将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号转换为对应的B-Scan图像；

根据所述B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：利用OCT系统的OCT光源，建立标定模型，对采集的玻璃OCT信号进行分析，通过调节OCT信号的半高峰宽，获取最优的光谱仪校正参数，解决了现有技术中的问题，该方案简单方便，改善了光谱仪波长标定的方法，提高了波长标定结果的精度。同时通过计算机程序能够实现自动快速地进行波长标定。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的一种光谱仪波长标定装置的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例提供的玻璃前后表面的B-Scan图像；

图3是本发明一具体实施例提供的玻璃前后表面中间点的A-Scan图像；

图4是本发明实施例的一种光谱仪波长标定方法的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所述，本发明的一实施例，一种光谱仪波长标定装置，所述标定装置包括OCT系统10、标定模型11、图像模块12、分析模块13和校正模块14，所述标定模型10包括透镜110和玻璃111，其中，

所述透镜110设于所述OCT系统10和所述玻璃111之间；

所述OCT系统10，用于提供光源，所述光源通过所述透镜110入射到所述玻璃111；

所述图像模块12，用于获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号；

所述分析模块13，用于初始化所述OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

所述校正模块14，用于判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值，否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述分析模块。

所述光谱仪波长标定装置包括OCT系统、标定模型、图像模块、分析模块和校正模块，所述标定模型包括透镜和玻璃。通过设置标定模型来对光谱仪进行波长标定。所述OCT系统包括光源和光谱仪，所述光谱仪需要波长标定。本发明利用OCT系统提供OCT光源，对所述光谱仪进行波长标定。所述OCT系统具有成像采集系统。所述OCT系统发出光源，所述光源经过透镜汇聚入射到玻璃上，从而可以采集玻璃的图像。本发明的一具体实施例，所述玻璃采用石英玻璃，所述玻璃的厚度为2mm。所述透镜与所述玻璃之间的距离设置为17mm。所述光谱仪波长标定装置还包括一固定件15，用于固定所述透镜和玻璃。

所述OCT系统发出光源，所述光源经过透镜汇聚入射到玻璃上。所述OCT系统采集玻璃的图像，所述图像模块获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号。本发明的一具体实施例，所述图像模块采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

所述分析模块设置所述OCT系统的光谱参数的初始化值，该初始化值可随机设置。所述分析模块分析所述干涉光谱信号，并进行傅里叶变换，得到对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。本发明的一具体实施例，所述分析模块具体包括设置单元、提取单元和获取单元。所述设置单元中，随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3。所述提取单元将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号，经过傅里叶变换，转换为对应的B-Scan图像，如图2所示的所述玻璃的前表面和后表面所对应的B-Scan图像。如图中所示，第一条水平线为所述玻璃前表面的OCT信号的B-Scan图像，第二条水平线为所述玻璃后表面的OCT信号的B-Scan图像。每一帧B-Scan图像都包含了一系列A-Scan信号。图中所示竖直线为所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点所对应的A-Scan信号。所述获取单元根据所述玻璃的前表面和后表面的B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。如图3所示，为所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像。在图3中，纵坐标表示A-Scan信号的信号强度，横坐标表示沿所述玻璃深度方向的深度坐标。也就是说，图3中所示的，第一个波峰的纵坐标是指所述玻璃前表面中间点的A-Scan信号的信号强度，第一个波峰的横坐标表示所述玻璃前表面中间点的深度坐标。第二个波峰的纵坐标是指所述玻璃后表面中间点的A-Scan信号的信号强度，第二个波峰的横坐标表示所述玻璃后表面中间点的深度坐标。计算所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

所述校正模块判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值，否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述分析模块。具体地，所述校正模块根据所述分析模块获取的第一半高峰宽和第二半高峰宽，判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，如果是，则此时对应的光谱校正参数为最优值。如果不是，则重新调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述分析模块，并重新获取新的第一半高峰宽和第二半高峰宽，直至所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值时，停止调整所述光谱校正参数。具体地，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3。光谱仪的CCD阵列像素与其所对应的波长λ之间有如下关系式：

λ＝C0+A*C1+A*C2²+A*C3³；

其中，A为光谱仪相机的像素点，C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值，λ为对应该像素点的波长。当所述光谱校正参数C0、C1、C2、C3发生变化时，影响A-Scan图像的深度方向的分辨率，即会影响每一个波峰的半高峰宽。因此，通过不停地调节所述谱校正参数C0、C1、C2、C3的值，进一步调节第一波峰的半高峰宽，以及调节第二波峰的半高峰宽。每调节一次所述谱校正参数C0、C1、C2、C3的值，就重新计算一次第一半高峰宽和第二半高峰宽，直至所述第一半高峰宽接近于第二半高峰宽且二者均为最小值，此时对应的光谱校正参数为最优值。所述半高峰宽是指该波峰的高度为一半时，对应的波峰的宽度。

本发明的一具体实施例，所述光谱仪波长标定装置还包括计算模块，根据所述光谱校正参数的最优值以及下述公式，获取每一个像素点对应的波长，所述公式为：

λ＝C0+A*C1+A*C2²+A*C3³；

其中，A为光谱仪相机的像素点，C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值，λ为对应该像素点的波长。根据计算模块，计算出每一个像素点对应的波长，从而获取更好的图像。

根据该技术方案，利用OCT系统的OCT光源，建立标定模型，对采集的OCT信号图像进行分析，通过调节OCT信号的半高峰宽，获取到最好的光谱仪校正参数，解决了现有技术中的问题，该方案简单方便，改善了光谱仪波长标定的方法，提高了波长标定结果的精度。同时通过计算机程序能够实现自动快速地标定波长。

如图4所示，本发明的一实施例，一种光谱仪波长标定方法，所述方法包括：

S401、获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号；

S402、初始化OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

S403、判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值；

S404、否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述步骤S402和S403。

在光谱仪波长标定时，搭建波长标定装置。所述装置包括OCT系统和标定模型，所述标定模型包括透镜和玻璃。所述透镜设置在所述OCT系统和所述玻璃之间。所述OCT系统包括光源和光谱仪，所述光谱仪需要波长标定。所述OCT系统发出光源，所述光源经过透镜汇聚入射到玻璃上，从而可以采集所述玻璃的图像。

所述OCT系统采集玻璃的图像，获取所述玻璃所对应的干涉光谱信号。本发明的一具体实施例，采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

设置所述OCT系统的光谱参数的初始化值，该初始化值可随机设置。分析所述干涉光谱信号，并进行傅里叶变换，得到对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。本发明的一具体实施例，随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值。将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号，经过傅里叶变换，转换为对应B-Scan图像。根据所述B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

根据获取的第一半高峰宽和第二半高峰宽，判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，如果是，则此时对应的光谱校正参数为最优值。如果不是，则重新调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述步骤S402和S403，重新获取新的第一半高峰宽和第二半高峰宽，直至所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值时，停止调整所述光谱校正参数。具体地，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3。光谱仪的CCD阵列像素与其所对应的波长λ之间有如下关系式：

λ＝C0+A*C1+A*C2²+A*C3³；

其中，A为光谱仪相机的像素点，C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值，λ为对应该像素点的波长。当所述光谱校正参数C0、C1、C2、C3发生变化时，影响A-Scan图像的深度方向的分辨率，即会影响每一个波峰的半高峰宽。因此，通过不停地调节所述谱校正参数C0、C1、C2、C3的值，进一步调节第一波峰的半高峰宽，以及调节第二波峰的半高峰宽。每调节一次所述谱校正参数C0、C1、C2、C3的值，就重新计算一次第一半高峰宽接和第二半高峰宽，直至所述第一半高峰宽接近于第二半高峰宽且二者均为最小值，此时对应的光谱校正参数为最优值。所述半高峰宽是指该波峰的高度为一半时，对应的波峰的宽度。

根据该技术方案，利用OCT系统的OCT光源和标定模型，对采集的OCT信号图像进行分析，通过调节OCT信号的半高峰宽，获取到最好的光谱仪校正参数，解决了现有技术中的问题，该方案简单方便，改善了光谱仪波长标定的方法，提高了波长标定结果的精度。同时通过计算机程序能够实现自动快速地波长标定。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述标定装置包括OCT系统、标定模型、图像模块、分析模块和校正模块，所述标定模型包括透镜和玻璃，其中，

所述透镜设于所述OCT系统和所述玻璃之间；

所述OCT系统，用于提供光源，所述光源通过所述透镜入射到所述玻璃；

所述图像模块，用于获取所述玻璃的干涉光谱信号；

所述分析模块，用于初始化所述OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

所述校正模块，用于判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值，否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述分析模块的所有步骤。

2.根据权利要求1所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述玻璃是为石英玻璃，所述玻璃的厚度为2mm。

3.根据权利要求2所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述透镜与所述玻璃之间的距离为17mm。

4.根据权利要求3所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述装置还包括一固定件，用于固定所述透镜和玻璃。

5.根据权利要求1所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述图像模块具体用于，采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

6.根据权利要求5所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述分析模块包括：

设置单元，用于随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3；C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值；

提取单元，用于将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号转换为对应的B-Scan图像；

获取单元，用于根据所述B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

7.根据权利要求6所述的光谱仪波长标定装置，其特征在于，所述装置还包括计算模块，用于根据所述光谱校正参数的最优值以及下述公式，获取每一个像素点对应的波长，所述公式为：

λ＝C0+A*C1+A*C2²+A*C3³；

其中，A为光谱仪相机的像素点，C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值，λ为对应该像素点的波长。

8.一种根据权利要求1-7任一所述的光谱仪波长标定装置的光谱仪波长标定方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、获取所述玻璃的干涉光谱信号；

S2、初始化OCT系统的光谱校正参数，并将所述干涉光谱信号转换为对应的A-Scan图像，获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽；

S3、判断所述第一半高峰宽是否接近于第二半高峰宽，且二者均为最小值，若是，则对应的光谱校正参数为最优值；

S4、否则，调节所述OCT系统的光谱校正参数，并重复执行所述步骤S2和S3。

9.根据权利要求8所述的光谱仪波长标定方法，其特征在于，所述步骤S1 具体包括：

采集并获取所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号。

10.根据权利要求9所述的光谱仪波长标定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

随机设置所述OCT系统的光谱校正参数的初始值，所述光谱校正参数包括C0、C1、C2、C3；C0、C1、C2、C3为光谱校正参数的最优值；

将所述玻璃的前表面和后表面所对应的干涉光谱信号转换为对应的B-Scan图像；

根据所述B-Scan图像，获取所述玻璃的前表面中间点和后表面中间点对应的A-Scan图像，并获取所述A-Scan图像中的第一波峰对应的第一半高峰宽，以及第二波峰对应的第二半高峰宽。

Images