CN110487747A - 一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法。光谱分析系统包括宽谱激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块。利用空间光调制器对不同波长的光束进行随机调控，随后利用调控后的探测光束对目标样品进行测量，并应用计算关联成像原理重构目标样品对不同波长光束的反射率或者透过率曲线。本发明基于空间光调制器进行光谱调制，结合光场的二阶关联计算方法，不仅实现了单点探测器下目标样品的光谱分析，还能够在原理上克服环境干扰对测量结果的影响，与传统光谱仪相比提高了光谱分析的分辨率，降低了光谱仪系统的成本。
Description
技术领域
本发明属于光谱测量分析技术领域，具体涉及一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法。
背景技术
近红外光谱仪在环境监测、化学、生物传感领域具有广泛的应用。对于现有的近红外光谱仪而言，探测的方法无法突破阵列探测或者单点动态探测的局限。由于近红外阵列探测器的价格昂贵，而单点动态探测无疑又增加了近红外光谱仪的复杂程度，影响其稳定性，增加了系统所需的硬件成本。
基于微机电系统(MEMS)哈达吗变换光谱仪，通过数字化微镜(DMD)的选通特性，构建哈达吗变换矩阵，实现了静态的单点探测，但是该光谱仪也存在不可忽视的缺点，如：面对光源光谱范围较宽的情况，构建哈达吗矩阵及其解码过程极其复杂。
传统的近红外光谱仪结构在原理上不具备消除杂散光和背景光的能力。关联成像区别于传统的成像方式，这种成像方式将光源信息和物体信息进行分离，所以即便携带物体信息的光场受到环境的扰动，仍然可以得到物体清晰的像。同时，高阶关联成像具有提高成像对比度和分辨率等独特的优点。关联成像独特的优势可以应用于近红外光谱分析系统中，提高传统近红外光谱仪的性能。
发明内容
针对现有近红外光谱仪存在的技术缺陷，本发明提供了一种基于关联成像的光谱分析系统，可以实现静态单点探测，提高系统抗干扰能力。本发明的另一个目的在于提供一种利用该分析系统进行光谱分析的方法。
本发明系统采用的技术方案如下：
一种基于关联成像的光谱分析系统，包括激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、会聚透镜、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块；激光器发出的光束入射至准直装置进行准直，准直后的光束经过光栅分光得到一级衍射光斑，成像系统将所述一级衍射光斑成像于空间光调制器上；所述空间光调制器对成像后的一级衍射光斑进行调制，并将调制后的光束反射至目标样品上；所述会聚透镜将经过目标样品的透射或反射光束会聚于光电探测器上；所述光电探测器将接收到的光强信号转换为电压信号，并输入数据采集模块；所述数据采集模块以空间光调制器发出的触发信号为外部时钟，用于记录测量的光强响应电压并输入关联计算模块，所述关联计算模块对记录的光强响应电压进行计算处理，得到目标样品的高分辨率频谱图像。
进一步地，所述成像系统为透镜或者凹面反射镜。
进一步地，所述空间光调制器包括光阑、多个反射单元和控制单元，反射单元与控制单元相连；所述反射单元可以翻转，所述控制单元用于控制每个反射单元的翻转角度。
进一步地，所述会聚透镜采用单个透镜或透镜组。
进一步地，所述光电探测器的带宽高于空间光调制器的调制带宽，并小于数据采集模块的带宽。
本发明一种基于关联成像的光谱分析系统的分析方法，包括以下步骤：
(1)搭建所述光谱分析系统的光路，将目标样品放置在光谱分析系统的主光轴上；
(2)对空间光调制器进行编码，实现对不同波长光束的随机选通，具体为：通过计算机生成0-1分布的伪随机数列，其中，“0”表示空间光调制器中的反射单元将光束反射至光路之外，“1”表示对光束的选通；
(3)空间光调制器编码稳定后，发送触发信号至数据采集模块，同时光电探测器将探测到的透射光强信号也传输至数据采集模块中，所述数据采集模块记录一组光强信号。
(4)重复步骤(2)至(3)对目标样品进行N次测量，得到N组光强信号；然后将空间光调制器调制后的光强与光电探测器接收到的总光强进行关联计算，得到目标样品的高分辨率频谱图像。
进一步地，所述步骤(1)中，先对成像后的一级衍射光斑的谱线进行空间标定，不同波长光束对应于空间光调制器中不同的反射单元。
进一步地，所述步骤(3)中，空间光调制器的控制单元发出触发信号至采集模块，上升沿触发数据采集模块记录光电探测器对通过目标样品的总光强的响应电压，实现光强的连续探测。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)利用关联成像原理实现了单点探测器条件下的静态测量，提高了系统的稳定性。
(2)实现了在弱相干条件下对目标样品谱线的测量，与传统的光谱仪相比具有更宽的光谱应用范围，可以实现超分辨率测量，同时基于关联成像原理的特性，可以很好的消除环境扰动对测量结果的影响。
(3)本发明基于空间光调制器进行光谱调制，结合光场的二阶关联计算方法，对目标样品能够实现非直接测量，简化了传统光谱仪的结构，提高了光学系统的像差容限和探测分辨率，降低了系统成本。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
图2为本发明实施例中系统测量的步骤流程图。
图3为目标样品的实际透过率曲线图，(a)波长范围1380-1480nm，(b)波长范围1480-1580nm。
图4为目标样品经过本发明方法重构的透过率曲线和实际透过率曲线的对比图，(a)波长范围1380-1480nm，(b)波长范围1480-1580nm。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
如图1为实现本发明系统的结构示意图，系统包括宽谱激光器1、准直装置2、光栅3、成像系统4、空间光调制器5、会聚透镜7、光电探测器8、数据采集模块9和关联计算模块10。宽谱激光器1发出近红外宽谱光束入射至准直装置2，准直装置2对宽谱光束进行准直；准直后的宽谱光束垂直入射光栅3，光栅3对准直后的宽谱光束进行分光，所得的一级衍射光斑包含分立的光谱，并成像于无穷远处；成像系统4将一级衍射光斑成像于空间光调制器5的接收窗口上，空间光调制器5可以实现对入射谱线中不同波长光束的随机选通，调制后的光束被反射至目标样品6上，目标样品6对不同波长的光束具有特定的透过率；会聚透镜7将经过目标样品6透射光束汇聚于光电探测器8的感光窗口上；数据采集模块9以空间光调制器5发出的触发信号为外部时钟，记录下对目标样品6多次测量后所得光强的响应电压；应用关联成像原理，关联计算模块10根据记录的光强信息进行计算处理，重构目标样品6频谱图像。其中，宽谱激光器1置于准直装置2的物方焦距处；光栅3为闪耀光栅，光栅入射端平面垂直于系统的主光轴；空间光调制器5的接收窗口位于成像系统4的一倍焦平面上；光电探测器8的感光窗口位于会聚透镜7的焦平面上。
空间光调制器5包括光阑、反射单元和控制单元，其中，光阑的面中心对齐系统的主光轴，用于滤除部分空间背景光和系统中的杂散光；反射单元由m×n块微反射镜组成，控制单元可以单独控制每块微反射镜的翻转状态，可以使得选通光束沿着系统的主光轴传播，同时将截止的光束反射出系统之外，以实现对不同波长光束的随机选通。
本实施例的光电探测器8采用高速放大探测器，带宽高于空间光调制器5的调制带宽，小于数据采集模块9的带宽，接收窗口的感光面尺寸大于会聚透镜7焦点位置光斑的大小。
下面结合图2对本实施例的整个测量过程和方法进行详细阐述。
步骤一，搭建光路，构成频域随机散斑辐射源装置。频域随机散斑辐射源包括图1中的宽谱激光器1、准直装置2、光栅3、成像系统4、空间光调制器5。其中核心装置是光栅3和空间光调制器5，通过建立频谱与空间位置的对应关系来实现对光束的频域调控。宽谱激光器1发出的宽谱光束经过光栅3分光后，不同波长的光束会入射至不同的微反射镜上，所以对微反射镜的翻转进行控制就可以实现对不同波长光束的随机选通，这也就构成了频域随机散斑辐射源。
对一级衍射光斑谱线的空间标定方案：翻转空间光调制器5中的某一块微反射镜，实现对入射到该微反射镜上光束的选通，将该选通光束耦合至光谱仪中，确定其中心波长，通过这样的方式可以标定处每一块微反射镜所对应光束的中心波长。
步骤二，对空间光调制器5进行编码，每一次测量都需要对其进行一次编码，本实施例目标样品需进行N次测量，以提高探测结果的信噪比。空间光调制器5的编码就是对不同波长光束的随机选通，并遵循统计上的均匀分布，通过计算机生成0-1分布的伪随机数列；“0”表示空间光调制器5中的微反射镜将光束反射至光路之外，“1”表示对光束的选通。每一次测量都需要生成不同的伪随机数列，作为空间光调制器5的一次编码，重复N次这样的过程实现对目标样品6的N次测量。结合步骤三中所构建的连续光强探测模块，空间光调制器5每一次编码稳定后发触发信号至数据采集模块9，同时光电探测器8将探测到的透射光强信号也传输至数据采集模块9中。所以，对目标样品的N次测量，需要对空间光调制器进行N次编码，连续光强探测模块记录下N组光强信号。
步骤三，构建连续光强探测模块，保证触发和探测过程的实时性。光电探测器8与数据采集模块9相连，用于传输探测到的光强信号；空间光调制器5在每一次调制的同时触发信号至数据采集模块9，上升沿触发，数据采集模块9记录光电探测器8接收到的光强信号。所谓的实时性，就是保证在空间光调制器5的每一次的调制周期内，同时对数据采集模块9进行触发，并实时记录下光强信号。
步骤四，沿着系统的主光轴放置目标样品6。目标样品6垂直于光束的传输方向，透射光束经过会聚透镜7入射至光电探测器8的感光窗口上。会聚透镜7焦点位置的光斑必须小于光电探测器8的感光窗口面积，如果不能满足这样的条件，会聚透镜7可以用反射透镜组来代替。
步骤五，根据关联成像的原理进行计算，重构目标样品6对不同波长光束的透过率曲线。关联成像原理实质是建立在部分相干理论基础上的关联计算，频域随机辐射散斑的频谱光强和透射总光强之间经过大量测量之后一定是存在部分相干性的。首先，根据步骤一中的频谱和空间位置的对应关系，以及步骤二中的空间光调制器5的编码信息可以得到频域随机辐射散斑的频谱光强，表示为：
In(λm)＝X(n，m)
其中，n(1≤n≤N)表示对目标样品6的第n次测量，λm表示第m(1≤n≤M)个分立的中心波长，M表示目标样品反射率或透过率曲线的离散点数目。目标样品6对不同波长光束的透过率用函数h(λm)表示。其次，根据步骤三和步骤四中的过程，频域随机散斑经过目标样品后的透射光强表示为：
yn＝Y(n，1)＝∫In(λm)·h(λm)dλ
其中，n(1≤n≤N)表示对目标样品6的第n次测量。应用关联成像原理，对上述两组光强进行关联计算，可以恢复出目标样品6对不同波长光束的透过率曲线，如下表达所示：
h(λm)∝<In(λm)·yn>-<In(λm)>·<yn>
其中，<>表示系综平均。
图3为目标样品6对不同波长光束的实际透过率曲线图，横坐标表示单位nm的波长，纵坐标表示透过率，用百分比表示。(a)图所示透过率曲线的特征为：中心波长为1450±8nm，半高宽为12±4nm；(b)图所示透过率曲线的特征为：中心波长为1550±8nm，半高宽为30±8nm。
图4为目标样品6利用本发明方法重构的透过率曲线和实际透过率曲线的对比图，横坐标表示单位为nm的波长，纵坐标表示透过率，用百分比表示。对目标样品6重复测量N＝100000次，重构的透过率曲线的分辨率为0.8nm。可以清晰的看出，根据关联成像原理重构的目标样品6的透过率曲线与其实际的透过率曲线几乎完全相同，但是重构的曲线存在明显的随机扰动，这是因为关联成像原理是建立在多次测量后统计平均的结果之上的。由此可看出使用本发明的系统和方法，能够应用于宽带光谱的测量，满足高分辨的要求，测量过程简便，测量结果信噪比较高，并能够有效地消除环境对测量结果的扰动，拥有很好的应用前景。
Claims (9)
1.一种基于关联成像的光谱分析系统，包括激光器、准直装置、光栅、成像系统、空间光调制器、会聚透镜、光电探测器、数据采集模块和关联计算模块；其特征在于，激光器发出的光束入射至准直装置进行准直，准直后的光束经过光栅分光得到一级衍射光斑，成像系统将所述一级衍射光斑成像于空间光调制器上；所述空间光调制器对成像后的一级衍射光斑进行调制，并将调制后的光束反射至目标样品上；所述会聚透镜将经过目标样品的透射或反射光束会聚于光电探测器上；所述光电探测器将接收到的光强信号转换为电压信号，并输入数据采集模块；所述数据采集模块以空间光调制器发出的触发信号为外部时钟，用于记录测量的光强响应电压并输入关联计算模块，所述关联计算模块对记录的光强响应电压进行计算处理，得到目标样品的高分辨率频谱图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述成像系统为透镜或者凹面反射镜。
3.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述空间光调制器包括光阑、多个反射单元和控制单元，反射单元与控制单元相连；所述反射单元可以翻转，所述控制单元用于控制每个反射单元的翻转角度。
4.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述会聚透镜采用单个透镜或透镜组。
5.根据权利要求1所述的一种基于关联成像的光谱分析系统，其特征在于，所述光电探测器的带宽高于空间光调制器的调制带宽，并小于数据采集模块的带宽。
6.如权利要求1所述一种基于关联成像的光谱分析系统的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)搭建所述光谱分析系统的光路，将目标样品放置在光谱分析系统的主光轴上；
(2)对空间光调制器进行编码，实现对不同波长光束的随机选通，具体为：通过计算机生成0-1分布的伪随机数列，其中，“0”表示空间光调制器中的反射单元将光束反射至光路之外，“1”表示对光束的选通；
(3)空间光调制器编码稳定后，发送触发信号至数据采集模块，同时光电探测器将探测到的透射光强信号也传输至数据采集模块中，所述数据采集模块记录一组光强信号。
(4)重复步骤(2)至(3)对目标样品进行N次测量，得到N组光强信号；然后将空间光调制器调制后的光强与光电探测器接收到的总光强进行关联计算，得到目标样品的高分辨率频谱图像。
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中，先对成像后的一级衍射光斑的谱线进行空间标定，不同波长光束对应于空间光调制器中不同的反射单元。
8.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，空间光调制器的控制单元发出触发信号至采集模块，上升沿触发数据采集模块记录光电探测器对通过目标样品的总光强的响应电压，实现光强的连续探测。
9.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中，进行关联计算即为求解矩阵H：
HM×1∝<XM×N·YN×1>-<XM×N>·<YN×1>
其中，矩阵X表示N次测量得到的空间光调制器调制后的光源光谱强度，矩阵Y表示N次测量得到的光电探测器对通过目标样品的总光强的响应电压，矩阵H表示目标样品对不同波长光束的透射率或反射率的离散值，<>表示系综平均，M表示目标样品反射率或透过率曲线的离散点数目。
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|---|---|---|---|
| CN201910833763.7A CN110487747B (zh) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | 一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法 |
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| CN201910833763.7A CN110487747B (zh) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | 一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法 |
Publications (2)
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| CN110487747A true CN110487747A (zh) | 2019-11-22 |
| CN110487747B CN110487747B (zh) | 2021-07-30 |
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ID=68556521
Family Applications (1)
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| CN201910833763.7A Active CN110487747B (zh) | 2019-09-04 | 2019-09-04 | 一种基于关联成像的光谱分析系统及其方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112230709A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-15 | 南京大学 | 一种可实现高精度光输入的光电计算装置及校准方法 |
| WO2022007033A1 (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | 中国计量大学 | 一种降低杂散光的方法及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575396A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-12 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统及方法 |
| CN104345318A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-02-11 | 上海交通大学 | 基于计算关联成像的可绕过墙角的成像系统及成像方法 |
| CN104359555A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于数字微反射镜的便携式高光谱重构器 |
-
2019
- 2019-09-04 CN CN201910833763.7A patent/CN110487747B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103575396A (zh) * | 2013-11-19 | 2014-02-12 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统及方法 |
| CN104359555A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-18 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种基于数字微反射镜的便携式高光谱重构器 |
| CN104345318A (zh) * | 2014-11-18 | 2015-02-11 | 上海交通大学 | 基于计算关联成像的可绕过墙角的成像系统及成像方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| XIALIN LIU ET AL.: "Fast first-photon ghost imaging", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
| 曹飞等: "基于数字微镜器件的光子计数对应鬼成像", 《光学学报》 * |
| 霍娟等: "基于单像素探测器的高灵敏度近红外成像系统", 《红外与激光工程》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022007033A1 (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-13 | 中国计量大学 | 一种降低杂散光的方法及装置 |
| CN112230709A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-15 | 南京大学 | 一种可实现高精度光输入的光电计算装置及校准方法 |
| CN112230709B (zh) * | 2020-10-16 | 2023-12-12 | 南京大学 | 一种可实现高精度光输入的光电计算装置及校准方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN110487747B (zh) | 2021-07-30 |
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