CN116930099A - 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents

光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116930099A
CN116930099A CN202310810204.0A CN202310810204A CN116930099A CN 116930099 A CN116930099 A CN 116930099A CN 202310810204 A CN202310810204 A CN 202310810204A CN 116930099 A CN116930099 A CN 116930099A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
wavelength
data
spectrometer
spectrum data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310810204.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郝文元
周颖
吴轲
黄明洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Original Assignee
Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd filed Critical Chongqing Chuanyi Automation Co Ltd
Priority to CN202310810204.0A priority Critical patent/CN116930099A/zh
Publication of CN116930099A publication Critical patent/CN116930099A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0297—Constructional arrangements for removing other types of optical noise or for performing calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明提供一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质，该方法包括获取光谱仪采集的光谱数据以及光谱数据对应的采集温度，若采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，温度补偿参数的确定方式包括：基于光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到温度补偿参数；能够在使用光谱仪时不再控制温度，通过对光谱数据进行温度补偿来修正光谱数据的测量误差，提高光谱仪的准确性和稳定性，且实现成本低、效率高、普适性强。

Description

光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质
技术领域
本申请涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
光谱仪又称分光仪，是以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置，是紫外差分吸收光谱技术等光谱吸收技术仪器的核心部件，能够应用于环境监测、工农业生产等多个领域，例如NOx、SO2等多种有毒有害气体的检测。随着光谱技术的发展，对光谱检测的精度要求也越来越高，因而对光谱仪的性能提出了更高的要求。
在光谱仪的应用过程中，由于温度变化时的热胀冷缩会造成光谱仪中光学元件位置的变化，导致光谱波长位置产生较大的偏移，测量得到的光谱数据误差较大，进而影响了光谱仪在使用和分析过程中准确性和稳定性。因此，如何消除温度变化导致光谱数据的测量误差，是进一步提升仪器性能的重要环节。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及存储介质，以解决上述由于温度变化导致光谱波长位置偏移，光谱数据的测量误差较大，进而影响光谱仪准确性和稳定性的技术问题。
本申请提供的一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法，包括：获取光谱仪采集的光谱数据以及所述光谱数据对应的采集温度；若所述采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，所述温度补偿参数的确定方式包括，基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，所述特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，所述温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
于本申请一实施例中，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量之前，所述方法包括：对所述光谱仪的环境温度进行控制，以使所述环境温度达到所述标准温度，控制所述光谱仪进行光谱数据采集，得到标准光谱数据，将所述标准光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为所述标准温度下的特征波长点数据；对所述环境温度进行控制，以使所述环境温度达到一测试温度，控制所述光谱仪进行光谱数据采集，得到一测试光谱数据，将所述一测试光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为所述一测试温度下的特征波长点数据，得到不同测试温度下的特征波长点数据。
于本申请一实施例中，基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，包括：基于每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置和所述标准温度下的每一特征波长点的波长位置，计算得到每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置偏移量；根据每一测试温度下的至少两个特征波长点的波长位置偏移量计算每一测试温度下的波长位置平均偏移量。
于本申请一实施例中，对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，包括：将不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量组合为不同的温度-位置偏移数据组，所述温度-位置偏移数据组包括所述测试温度和所述测试温度下的波长位置平均偏移量；从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对所述至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到所述温度补偿参数。
于本申请一实施例中，从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对所述至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到所述温度补偿参数，包括：从全部温度-位置偏移数据组中选择至少五个目标温度-位置偏移数据组；基于预设温度-位置偏移关系式和所述至少五个目标温度-位置偏移数据组确定所述预设温度-位置偏移关系式中的标定系数的数值，所述预设温度-位置偏移关系式为：
其中，为所述目标温度-位置偏移数据组中的波长位置平均偏移量，a0、a1、a2、a3、a4均为所述标定系数，T为所述目标温度-位置偏移数据组中的测试温度；将所述标定系数的数值代入至所述预设温度-位置偏移关系式中，得到所述温度补偿参数。
于本申请一实施例中，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，包括：根据所述温度补偿参数和所述采集温度计算得到所述采集温度下的波长位置平均偏移量；利用所述采集温度下的波长位置平均偏移量对所述光谱数据中的每个像元的像元位置进行修正，以得到所述补偿后的光谱数据，所述补偿后的光谱数据中的每个像元的修正后的像元位置表征每个像元对应的光谱波长。
于本申请一实施例中，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，还包括：根据所述温度补偿参数、所述采集温度以及所述光谱数据中的每个像元的像元位置对每个像元对应的光谱波长进行计算，计算方式如下：
其中，λ为所述光谱波长，s为所述像元位置，为所述温度补偿参数，T为所述采集温度；基于计算得到的每个像元对应的光谱波长生成所述补偿后的光谱数据。
于本申请一实施例中，还提供一种光谱仪光谱数据的温度补偿装置，包括：获取模块，用于获取光谱仪采集的光谱数据以及所述光谱数据对应的采集温度；补偿模块，用于若所述采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据；确定模块，用于基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，所述特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；拟合模块，用于对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，所述温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
于本申请一实施例中，还提供一种电子设备，所述电子设备包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如上所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
于本申请一实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
本发明的有益效果：本发明提供了一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质，该方法通过光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据确定温度补偿参数，若采集的光谱数据对应的采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，能够实现使用光谱仪时不再对温度进行控制，当温度变化造成光谱波长发生偏移时，能够对光谱数据进行温度补偿，修正光谱数据的测量误差，提高光谱仪的准确性和稳定性，并且无需改变原有的光谱成像系统，实现成本低、效率高、普适性强。
附图说明
图1是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法的实施环境示意图；
图2是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法的流程图；
图3是本申请的一具体实施例示出的光谱曲线受温度影响的偏移示意图；
图4是本申请的一具体实施例示出的光谱仪光谱数据的温度补偿的流程图；
图5是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿装置的框图；
图6是本申请的一示例性实施例示出的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
需要说明的是，本申请中，“第一”、“第二”等仅为对相似对象的区分，并非是对相似对象的顺序限定或先后次序限定。所描述的“包括”、“具有”等变形，表示该词语的主语所涵盖的范围除该词语所示出的示例外，并不排他。
可以理解的是，在本申请中记载的各种数字编号、步序编号等标号为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围。本申请标号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本申请实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本申请的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本申请的实施例难以理解。
需要说明的是，光谱仪是一种测量物体光谱分布和光学性能的重要工具，光谱仪采集的光谱数据包括多个光谱像元(简称像元)以及每个光谱像元的位置即像元位置。温度是光谱仪的一个非常重要的影响因素，它可以影响被测物体的光学性能和光谱数据的准确性。通常在使用光谱仪时需要对光谱仪所处环境的环境温度进行控制，以使光谱仪处于恒温环境，通过采集的光谱数据可直接读取光谱波长，即可以直接将每个像元的位置作为该像元对应的光谱波长。但每次测量前都要对光谱仪的环境温度进行恒温控制，操作繁琐，效率较低，且恒温控制成本较高。若不对光谱仪所处的环境温度进行控制，由于温度变化导致光谱波长发生偏移，若直接将光谱仪采集到的光谱数据中的像元位置作为对应的光谱波长，其误差较大，光谱仪的准确性和稳定性不高，因此，需要对光谱数据进行温度补偿。
为解决这些问题，本申请的实施例分别提出一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法、一种光谱仪光谱数据的温度补偿装置、一种电子设备、一种计算机可读存储介质以及一种计算机程序产品，以下将对这些实施例进行详细描述。
请参阅图1，图1是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法的实施环境示意图。
如图1所示，实施环境可以包括光谱仪101、温度采集设备102和计算机设备103，其中，光谱仪101可以是真空紫外光谱仪、紫外光谱仪、可见光光谱仪、近红外光谱仪、红外光谱仪、远红外光谱仪等中的至少一种，温度采集设备102可以是温度传感器、温度数据采集器、电子温度计、红外测温仪等中的至少一种，计算机设备103可以是微型计算机、嵌入式计算机、神经网络计算机等中的至少一种，此处不进行限制。光谱仪101采集光谱数据并发送至计算机设备103，同时温度采集设备102在光谱数据采集时刻下采集光谱仪所处环境的环境温度，作为光谱数据对应的采集温度，并将采集温度发送给计算机设备103，以使计算机设备103进行相应处理。
示例性的，计算机设备103获取光谱仪采集的光谱数据以及光谱数据对应的采集温度；若采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，温度补偿参数的确定方式包括：基于光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到温度补偿参数，温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。可见，本申请实施例的技术方案通过光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据确定温度补偿参数，若采集的光谱数据对应的采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，能够实现使用光谱仪时不再对温度进行控制，当温度变化造成光谱波长发生偏移时，能够对光谱数据进行温度补偿，修正光谱数据的测量误差，提高光谱仪的准确性和稳定性，并且无需改变原有的光谱成像系统，实现成本低、效率高、普适性强。
需要说明的是，本申请实施例所提供的光谱仪光谱数据的温度补偿方法一般由计算机设备103具体执行，相应的光谱仪光谱数据的温度补偿装置一般设置于计算机设备103中。
请参阅图2，图2是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法的流程图。该方法可以应用于图1所示的实施环境，并由该实施环境中的计算机设备103具体执行。应理解的是，该方法也可以适用于其它的示例性实施环境，并由其他实施环境中的设备具体执行，本实施例不对该方法所适用的实施环境进行限制。
如图2所示，在一示例性的实施例中，光谱仪光谱数据的温度补偿方法至少包括步骤S210至步骤S240，详细介绍如下：
步骤S210，基于光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量。
在本申请的一个实施例中，标准温度是指光谱仪使用时或标定时的基准参考温度，例如可以是0℃或20℃或其他温度值，此处不进行限制。测试温度是指其他与标准温度不同的温度。获取光谱仪在标准温度下采集的特征波长点数据和光谱仪在不同测试温度下采集的特征波长点数据，其中，特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置。特征波长点是指光谱数据(例如光谱曲线)中波峰处的像元，相应的，特征波长点的波长位置即为波峰处像元的像元位置。将测试温度下各特征波长点的波长位置与标准温度下各特征波长点的波长位置进行比较，分别求取每一测试温度相对于标准温度的波长位置平均偏移量，作为各测试温度下的波长位置平均偏移量。
在本申请的一个实施例中，在步骤S210之前，该方法包括：对光谱仪的环境温度进行控制，以使环境温度达到标准温度，控制光谱仪进行光谱数据采集，得到标准光谱数据，将标准光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为标准温度下的特征波长点数据；对环境温度进行控制，以使环境温度达到一测试温度，控制光谱仪进行光谱数据采集，得到一测试光谱数据，将一测试光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为一测试温度下的特征波长点数据，得到不同测试温度下的特征波长点数据。其中，标准温度与其邻近的测试温度之间的差值以及两个相邻的测试温度之间的差值可以是变化值，也可以是固定值，此处不进行限制。
在该实施例中，可以利用恒温系统例如恒温盒或恒温腔来对环境温度进行控制，设定标准温度T0，对光谱仪标定光源的光谱数据进行采集和记录，其数据长度为N，并将光谱数据中各特征波长点及其所对应的波长位置记录为即对应第i个的特征波长点λi及其在标准温度T0下的波长位置/>其中，i∈[1，M]，/>M为特征波长点个数。以ΔT温度差为间距，进行温度控制，其中各测试温度分别为Tj，j∈[1，J]，J为测试温度个数。采集各测试温度Tj下光谱仪标定光源的光谱数据，并记录各测试温度Tj下特征波长点及其所对应的波长位置/>即对应第i个的特征波长点λi及其在测试温度Tj下的波长位置/>其中，/>
在本申请的一个实施例中，步骤S210包括：基于每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置和标准温度下的每一特征波长点的波长位置，计算得到每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置偏移量；根据每一测试温度下的至少两个特征波长点的波长位置偏移量计算每一测试温度下的波长位置平均偏移量。
请参阅图3，图3是本申请的一具体实施例示出的光谱曲线受温度影响的偏移示意图。如图3所示，两条曲线分别为温度T0(即标准温度)下的光谱曲线和温度Tj(即测试温度)下的光谱曲线，相对于在温度T0下的光谱曲线，在温度Tj下的光谱曲线发生了位置偏移，也就是说，通过温度Tj下的光谱曲线读出的光谱波长与通过温度T0下的光谱曲线读出的光谱曲线不一致。
在该实施例中，将各测试温度Tj下各特征波长点的波长位置与在标准温度T0下各特征波长点的波长位置/>相比较，求取各特征波长点的波长位置偏移量，波长位置偏移量的计算方式如下：
其中，为测试温度Tj下特征波长点λi对应的波长位置偏移量，λi为第i个的特征波长点，/>为测试温度Tj下特征波长点λi的波长位置，/>为标准温度T0下特征波长点λi的波长位置。
根据同一测试温度Tj下至少两个特征波长点的波长位置偏移量计算该测试温度下的波长位置平均偏移量，例如：根据同一测试温度Tj下全部特征波长点的波长位置偏移量计算该测试温度下的波长位置平均偏移量，计算方式如下：
其中，为测试温度Tj下的波长位置平均偏移量，/>为测试温度Tj下特征波长点λi的波长位置偏移量，i＝1,2,3,4…M，M为特征波长点个数。
此外，由于同一测试温度下各特征波长点的波长位置偏移量比较相似，还可以剔除波长位置偏移量相差较大的数据，再进行波长位置平均偏移量的计算。
步骤S220，对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到温度补偿参数。
在本申请的一个实施例中，可以根据全部或部分测试温度以及对应测试温度下的波长位置平均偏移量，利用最小二乘法进行数据拟合，求取波长位置平均偏移量与测试温度之间的关系，作为温度补偿参数，换句话说，温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
在本申请的一个实施例中，步骤S220包括：将不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量组合为不同的温度-位置偏移数据组，温度-位置偏移数据组包括测试温度和测试温度下的波长位置平均偏移量；从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到温度补偿参数。
在该实施例中，将测试温度以及相对应的波长位置平均偏移量进行两两组合并形成集合，即由此得到不同的温度-位置偏移数据组/>其中，温度-位置偏移数据组/>包括测试温度Tj和该测试温度下的波长位置平均偏移量，j＝1,2,3,4…J，J为测试温度个数。在全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，基于该至少两个目标温度-位置偏移数据组并利用最小二乘法进行线性拟合，例如根据波长位置平均偏移量和测试温度组成二元一次函数或三元一次函数或者其他线性函数，从而得到波长位置平均偏移量与测试温度之间的关系，即/>并将其作为温度补偿参数。
在本申请的一个实施例中，从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到温度补偿参数，包括：从全部温度-位置偏移数据组中选择至少五个目标温度-位置偏移数据组；基于预设温度-位置偏移关系式和至少五个目标温度-位置偏移数据组确定预设温度-位置偏移关系式中的标定系数的数值，预设温度-位置偏移关系式为：
其中，为目标温度-位置偏移数据组中的波长位置平均偏移量，a0、a1、a2、a3、a4均为标定系数，T为目标温度-位置偏移数据组中的测试温度；将标定系数的数值代入至预设温度-位置偏移关系式中，得到温度补偿参数。
在本申请的一个具体实施例中，可以从上述实施例得到的集合中选取6组不同的目标温度-位置偏移数据组，将选取的目标温度-位置偏移数据组代入到式(3)中求得各标定系数的数值，再将各标定系数的数值代入到式(3)中，从而确定出关系式/>或/>作为温度补偿参数，换句话说，温度补偿参数即为求得标定系数的式(3)。
步骤S230，获取光谱仪采集的光谱数据以及光谱数据对应的采集温度。
在本申请的一个实施例中，通过光谱仪采集当前的光谱数据，并通过温度采集设备采集光谱仪当前的环境温度或光谱仪当前的表面温度，作为光谱数据对应的采集温度。其中，光谱数据包括不同的像元以及各像元的像元位置，光谱数据可以是光谱曲线的形式或者是像元位置数据集的形式，或者其他形式，此处不进行限制。
步骤S240，若采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据。
在本申请的一个实施例中，将采集温度与预设温度范围进行比对，若采集温度在预设温度范围内，表示光谱数据的误差符合光谱检测的精度要求，不用对光谱数据进行补偿。若采集温度超过预设温度范围即采集温度在预设温度范围外，表示光谱数据的误差不符合光谱检测的精度要求，需要对光谱数据进行补偿，具体的，根据温度补偿参数和采集温度确定当前的波长位置平均偏移量，根据当前的波长位置平均偏移量对光谱数据中的像元位置进行修正，得到补偿后的光谱数据。预设温度范围可以基于光谱仪在工厂校正或标定时的温度以及光谱检测的精度要求确定，该温度可以通过光谱仪操作手册查询得到，示意性的，预设温度范围可以是15℃-30℃，或者是10℃-30℃，或者是25℃-30℃，或者是其他温度范围，此处不进行限制。本申请实施例的技术方案可以对光谱仪采集的光谱数据实现温度补偿功能，降低温度对光谱波长漂移(偏移)的影响，提高了光谱数据的准确性，以便使用光谱仪时不再对温度进行控制，降低成本。
在本申请的一个实施例中，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，包括：根据温度补偿参数和采集温度计算得到采集温度下的波长位置平均偏移量；利用采集温度下的波长位置平均偏移量对光谱数据中的每个像元的像元位置进行修正，以得到补偿后的光谱数据，补偿后的光谱数据中的每个像元的修正后的像元位置表征每个像元对应的光谱波长。
在该实施例中，将得到的温度补偿参数应用到光谱数据修正，从而实现光谱数据的温度补偿，例如：将采集温度代入到标定系数已经确定的式(3)中，计算该采集温度下的波长位置平均偏移量，根据该波长位置平均偏移量对光谱数据中每个像元的像元位置进行修正，得到每个像元修正后的像元位置，基于每个像元修正后的像元位置生成补偿后的光谱数据，在补偿后的光谱数据中，通过每个像元修正后的像元位置可直接读取每个像元对应的光谱波长值。
在本申请的另一个实施例中，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，还包括：根据温度补偿参数、采集温度以及光谱数据中的每个像元的像元位置对每个像元对应的光谱波长进行计算，计算方式如下：
其中，λ为光谱波长，s为像元位置，为温度补偿参数，T为采集温度；基于计算得到的每个像元对应的光谱波长生成补偿后的光谱数据。
在该实施例中，式(4)表征光谱波长与像元位置和温度补偿参数的关系，将得到的温度补偿参数和每个像元的像元位置代入到式(4)中，得到该像元对应的光谱波长，进而可以计算得到全部像元对应的光谱波长，基于全部像元对应的光谱波长生成补偿后的光谱数据，实现光谱数据的温度补偿功能。
此外，由于每个像元修正后的像元位置相当于该像元对应的光谱波长，因此也可以通过式(4)计算每个像元修正后的像元位置，即式(4)中的λ也可以代表修正后的像元位置。
请参阅图4，图4是本申请的一具体实施例示出的光谱仪光谱数据的温度补偿的流程图。如图4所示，光谱仪光谱数据的温度补偿的流程如下：
1、设定参考温度(标准温度)，并记录各个特征波长点的位置(波长位置)；
2、以一定为温度间隔进行温度控制，并记录各温度点(测试温度)时各特征波长点的位置以及平均位置变化量(波长位置平均偏移量)；
3、利用各温度以及所对应的平均位置变化量，求取平均位置变化量与温度之间的关系，即温度补偿参数；
4、基于求得的关系式(温度补偿参数)代入到光谱数据修正公式即式(4)中，从而实现光谱数据的温度补偿。
关于光谱仪光谱数据详细的温度补偿流程请参见前述各个实施例中的记载，本处不再进行赘述。
请参阅图5，图5是本申请的一示例性实施例示出的一种光谱仪光谱数据的温度补偿装置的框图。
如图5所示，该示例性的光谱仪光谱数据的温度补偿装置包括：
获取模块510，用于获取光谱仪采集的光谱数据以及光谱数据对应的采集温度；补偿模块520，用于若采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和采集温度对光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据；确定模块530，用于基于光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；拟合模块540，用于对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到温度补偿参数，温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
需要说明的是，上述实施例所提供的光谱仪光谱数据的温度补偿装置与上述实施例所提供的光谱仪光谱数据的温度补偿方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。上述实施例所提供的光谱仪光谱数据的温度补偿装置在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。
本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现上述各个实施例中提供的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
请参阅图6，图6是本申请的一示例性实施例示出的电子设备的一种结构示意图。需要说明的是，图6示出的电子设备600仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，电子设备600包括处理器601、存储器602和通信总线603；通信总线603用于将处理器601和存储器连接602；处理器601用于执行存储器602中存储的计算机程序，以实现如上述实施例中的一个或多个的方法。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如前所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
本实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各个实施例中提供的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
本实施例提供的电子设备，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子设备执行如上方法的各个步骤。
在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述实施例仅示例性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
获取光谱仪采集的光谱数据以及所述光谱数据对应的采集温度；
若所述采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，所述温度补偿参数的确定方式包括，
基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，所述特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；
对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，所述温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
2.根据权利要求1所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量之前，所述方法包括：
对所述光谱仪的环境温度进行控制，以使所述环境温度达到所述标准温度，控制所述光谱仪进行光谱数据采集，得到标准光谱数据，将所述标准光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为所述标准温度下的特征波长点数据；
对所述环境温度进行控制，以使所述环境温度达到一测试温度，控制所述光谱仪进行光谱数据采集，得到一测试光谱数据，将所述一测试光谱数据中的不同特征波长点的波长位置确定为所述一测试温度下的特征波长点数据，得到不同测试温度下的特征波长点数据。
3.根据权利要求1或2任一项所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，包括：
基于每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置和所述标准温度下的每一特征波长点的波长位置，计算得到每一测试温度下的每一特征波长点的波长位置偏移量；
根据每一测试温度下的至少两个特征波长点的波长位置偏移量计算每一测试温度下的波长位置平均偏移量。
4.根据权利要求1所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，包括：
将不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量组合为不同的温度-位置偏移数据组，所述温度-位置偏移数据组包括所述测试温度和所述测试温度下的波长位置平均偏移量；
从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对所述至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到所述温度补偿参数。
5.根据权利要求4所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，从全部温度-位置偏移数据组中选择至少两个目标温度-位置偏移数据组，并采用最小二乘法对所述至少两个目标温度-位置偏移数据组进行线性拟合，得到所述温度补偿参数，包括：
从全部温度-位置偏移数据组中选择至少五个目标温度-位置偏移数据组；
基于预设温度-位置偏移关系式和所述至少五个目标温度-位置偏移数据组确定所述预设温度-位置偏移关系式中的标定系数的数值，所述预设温度-位置偏移关系式为：
其中，为所述目标温度-位置偏移数据组中的波长位置平均偏移量，a0、a1、a2、a3、a4均为所述标定系数，T为所述目标温度-位置偏移数据组中的测试温度；
将所述标定系数的数值代入至所述预设温度-位置偏移关系式中，得到所述温度补偿参数。
6.根据权利要求4或5任一项所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，包括：
根据所述温度补偿参数和所述采集温度计算得到所述采集温度下的波长位置平均偏移量；
利用所述采集温度下的波长位置平均偏移量对所述光谱数据中的每个像元的像元位置进行修正，以得到所述补偿后的光谱数据，所述补偿后的光谱数据中的每个像元的修正后的像元位置表征每个像元对应的光谱波长。
7.根据权利要求4或5任一项所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法，其特征在于，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据，还包括：
根据所述温度补偿参数、所述采集温度以及所述光谱数据中的每个像元的像元位置对每个像元对应的光谱波长进行计算，计算方式如下：
其中，λ为所述光谱波长，s为所述像元位置，为所述温度补偿参数，T为所述采集温度；
基于计算得到的每个像元对应的光谱波长生成所述补偿后的光谱数据。
8.一种光谱仪光谱数据的温度补偿装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取光谱仪采集的光谱数据以及所述光谱数据对应的采集温度；
补偿模块，用于若所述采集温度超过预设温度范围，根据温度补偿参数和所述采集温度对所述光谱数据进行补偿，得到补偿后的光谱数据；
确定模块，用于基于所述光谱仪采集的标准温度下的特征波长点数据和不同测试温度下的特征波长点数据，确定不同测试温度下的波长位置平均偏移量，所述特征波长点数据包括不同特征波长点的波长位置；
拟合模块，用于对不同测试温度以及不同测试温度下的波长位置平均偏移量进行拟合，得到所述温度补偿参数，所述温度补偿参数表征波长位置平均偏移量与温度之间的关系。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1-7中任一项所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行如权利要求1-7中任一项所述的光谱仪光谱数据的温度补偿方法。
CN202310810204.0A 2023-07-03 2023-07-03 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质 Pending CN116930099A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310810204.0A CN116930099A (zh) 2023-07-03 2023-07-03 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310810204.0A CN116930099A (zh) 2023-07-03 2023-07-03 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116930099A true CN116930099A (zh) 2023-10-24

Family

ID=88376612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310810204.0A Pending CN116930099A (zh) 2023-07-03 2023-07-03 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116930099A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100668025B1 (ko) 온도 보정 처리 장치
CN111765978A (zh) 一种红外测温处理方法及系统、智能设备及存储介质
CN111693154B (zh) 一种红外测温传感器温度补偿方法及其装置
US6016190A (en) Method and apparatus for true temperature determination
US8148691B1 (en) Calibration methodology for NDIR dew point sensors
CN111024238A (zh) 非制冷测温热像仪辐射标定与温度测量方法
CN110220945B (zh) 半导体气体传感器的全量程温度补偿方法
CN106679817A (zh) 一种用于标定红外热像仪的方法
CN111272290A (zh) 基于深度神经网络的测温红外热像仪标定方法及装置
CN112393808B (zh) 一种热敏相机温度补偿方法和系统
CN112461406A (zh) 一种基于光纤光栅式温度传感器的标定方法
CN113865717A (zh) 一种基于高速相机的瞬态高温比色测温装置
CN114018416B (zh) 一种热红外相机辐射定标方法及系统
CN108871590B (zh) 非制冷红外焦平面探测器非均匀性响应率校正方法及装置
JP4417713B2 (ja) 焦点面アレイ較正システム
CN116930099A (zh) 光谱仪光谱数据的温度补偿方法、装置、电子设备及介质
CN113484376A (zh) 一种高精度微水传感器零点漂移校正方法及存储设备
CN113252185B (zh) 红外测温仪温度测量方法、系统和存储介质
US20220146319A1 (en) Temperature calibration method of infrared thermal image camera and calibration method of temperature sensing system of infrared thermal image camera
CN113960256A (zh) 一种含水仪的温度补偿方法
CN111044152B (zh) 图谱关联系统光谱偏置外场的自适应校正方法及系统
CN112611482A (zh) 一种校准智能设备的温度传感器的方法
Nasibov et al. Comparative study of two InGaAs-based reference radiation thermometers
CN112461372B (zh) 高低温中波热像仪netd测试评估装置和方法
CN116519167A (zh) 温度传感器的校准方法、装置、计算设备以及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination