CN117053924B - 透射式光栅谱线弯曲校正方法、系统及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光谱技术领域，尤其涉及一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法、系统及相关设备，所述方法包括以下步骤：采集黑白条纹纸光谱图，并在黑白条纹纸光谱图中标定基准线；采集汞灯光谱图，并根据黑白条纹纸光谱图中基准线的位置标定汞灯光谱图的汞灯波长；采集积分球光谱图，并根据黑白条纹纸光谱图中基准线的位置标定积分球光谱图的光谱边缘；将黑白条纹纸光谱图、汞灯光谱图、积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。本发明通过成像采集光谱图像，且标定过程简单，标定工作量少，且校正效果根据成像精度实现像素级的误差，能够满足成像仪产品需要，提高了谱线弯曲校正工作的效率。
Description
技术领域
本发明适用于光谱技术领域，尤其涉及一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法、系统及相关设备。
背景技术
透射式光栅成像光谱仪是一种获取目标二维空间信息和光谱信息的光学仪器，在各个领域都得到了广泛的应用。
但对于透射式光栅成像光谱仪本身，由于光栅光学特性与相关分光光路特性，导致从入射狭缝进入的光经光栅分光成像到光谱仪的面阵图像探测器后，不是一条垂直线，而是在偏离成像中心位置，谱线呈弯曲的情况。这种谱线弯曲，不仅影响成像光谱仪的光谱分辨率和空间分辨率，也对用户进行光谱数据分析造成较大麻烦。
因此如何解决透射式光栅谱线弯曲问题，是提升透射式光栅成像质量的关键。相关技术一般通过以下两种方法进行来解决谱线弯曲问题：
一、通过增加棱镜光栅进行校正。但这种方式增加了光谱仪的器件复杂度，其成本较高，且降低了成像仪的感光性能；
二、对面阵图像探测器的每一列进行波长标定，从而得到整个探测器区域各个像素的波长信息，或标定相隔几列波长，其他列进行算法插值，从而实现校正。但这样的方法随着目前成像仪的探测器像素的增加，波长标定的工作量大也会急剧增加，导致校正效率低。
发明内容
本发明提供一种透射式光栅谱线弯曲校正方法、系统及相关设备，旨在解决相关技术解决透射式光栅谱线弯曲问题存在的成本高、效率低的问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，所述谱线弯曲校正方法包括以下步骤：
采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线；
采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长；
采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘；
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。
更进一步地，所述预设计算方法为插值方法。
更进一步地，所述基准线处于所述黑白条纹纸光谱图的成像中心位置。
更进一步地，将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果的步骤，包括以下子步骤：
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，所述拟合曲线具有二维坐标系；
以所述积分球光谱图的光谱边缘作为纵坐标计算范围，计算所述拟合曲线中各个坐标对应的灰度值，得到包含灰度值信息的灰度图；
将所述灰度图通过所述插值方法拉伸得到第二灰度图，将所述第二灰度图输出作为所述谱线弯曲校正结果。
更进一步地，所述第二灰度图中的汞灯波长在二维坐标系中与纵坐标轴方向平行。
更进一步地，所述第二灰度图中的黑白条纹在二维坐标系中与横坐标轴方向平行。
第二方面，本发明还提供一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统，所述谱线弯曲校正系统包括：
黑白条纹采集模块，用于采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线；
汞灯光谱采集模块，用于采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长；
积分球光谱采集模块，用于采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘；
组合校正模块，用于将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。
更进一步地，所述预设计算方法为插值方法。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种不增加棱镜光栅、采用软件标定校正的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，该方法通过成像采集光谱图像，且标定过程简单，标定工作量少，且校正效果根据成像精度实现像素级的误差，能够满足成像仪产品需要，提高了谱线弯曲校正工作的效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法的步骤流程框图；
图2是本发明实施例提供的黑白条纹纸光谱示意图；
图3是本发明实施例提供的汞灯光谱示意图；
图4是本发明实施例提供的积分球光谱示意图；
图5是本发明实施例提供的拟合曲线的示意图；
图6是本发明实施例提供的拟合曲线校正示意图；
图7是本发明实施例提供的谱线弯曲校正结果；
图8是本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法的步骤流程框图，所述谱线弯曲校正方法包括以下步骤：
S101、采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线。
具体的，本发明实施例使用透射式光栅成像光谱仪进行各种光谱图像的采集，根据透射式光栅成像原理，如果不发生谱线弯曲的情况，拍摄条纹纸，黑白条纹所反射的光谱曲线都应该是水平的，而正因为存在谱线弯曲情况，导致其发生弯曲。通过调校光路，可以在黑白条纹纸光谱成像中心位置调制出一根水平线，如图2所示，图2是本发明实施例提供的黑白条纹纸光谱示意图，所述基准线处于所述黑白条纹纸光谱图的成像中心位置。
S102、采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长。
如图3所示，图3是本发明实施例提供的汞灯光谱示意图，可以看出，通过透射式光栅成像光谱仪成像得到的汞灯谱线弯曲程度较大，且随着波长的变化，弯曲程度变化得越大。在步骤S102中，根据步骤S101中标定的所述基准线的位置，对得到汞灯波长进行标定。
S103、采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘。
该步骤利用透射式光栅成像光谱仪采集积分球光谱图时，需要将光谱仪的成像镜头对准积分球的光源处，得到的积分球光谱示意图及对应的光谱边缘如图4所示，实施过程中，为了便于标定，可以结合常用的软件算法进行光谱边缘的标定。
S104、将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。
如图5所示，图5是本发明实施例将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到的拟合曲线的示意图。
所述预设计算方法为插值方法。步骤S104包括以下子步骤：
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，所述拟合曲线具有二维坐标系；
以所述积分球光谱图的光谱边缘作为坐标计算范围，计算所述拟合曲线中各个坐标对应的灰度值，得到包含灰度值信息的灰度图；
将所述灰度图通过所述插值方法拉伸得到第二灰度图，将所述第二灰度图输出作为所述谱线弯曲校正结果。
具体的，本发明实施例提供一种步骤S104的计算示例，请参照图6，图6是本发明实施例提供的拟合曲线校正示意图，对于如图5所示的拟合曲线，将其光谱线性处理后，得到如图6左侧所示的具有坐标信息的拟合曲线，本发明实施例中，图6左侧中心位置的直线为基准线，上下边缘线为步骤S103标注的光谱边缘，纵坐标轴方向的线为步骤S102中得到的汞灯波长，横坐标轴方向的线为步骤S101中得到的黑白条纹。
本发明实施例在图6中标记了其中一条汞灯波长与所有黑白条纹交互形成的坐标点，其坐标分别为（x0，y0）至（x7，y7），通过这些坐标可以计算出当前汞灯波长的拟合曲线；
进一步的，根据计算得到的拟合曲线，可以计算出整个图像范围内的交互坐标点的坐标信息，此时，可以根据坐标信息计算出灰度值，由此得到包含灰度值信息的灰度图；
通过将所述灰度图拉伸为纵坐标轴高度统一（本发明实施例中设为H）的所述第二灰度图，就可以得到当前汞灯波长的图像像素的谱线弯曲校正信息。
通过重复上述步骤，可以对需要的所有汞灯波长计算对应的谱线弯曲校正信息，最终得到所述谱线弯曲校正结果。需要指出的是，若将图像的像素信息作为坐标，则可以根据图像的每一像素计算对应的校正信息，从而提高得到的校正结果的精度，也就是说，本发明实施例可以实现像素级的谱线弯曲校正精度。
如图6右侧所示，所述第二灰度图中的汞灯波长在二维坐标系中与纵坐标轴方向平行；所述第二灰度图中的黑白条纹在二维坐标系中与横坐标轴方向平行。而最终得到的所述谱线弯曲校正结果如图7所示。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种不增加棱镜光栅、采用软件标定校正的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，该方法通过成像采集光谱图像，且标定过程简单，标定工作量少，且校正效果根据成像精度实现像素级的误差，能够满足成像仪产品需要，提高了谱线弯曲校正工作的效率。
本发明实施例还提供一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统200，请参照图8，图8是本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统的结构示意图，其包括：
黑白条纹采集模块201，用于采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线；
汞灯光谱采集模块202，用于采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长；
积分球光谱采集模块203，用于采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘；
组合校正模块204，用于将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。
所述透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统200能够实现如上述实施例中的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机设备，请参照图9，图9是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图，所述计算机设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存储器302上并可在所述处理器301上运行的计算机程序。
所述处理器301调用所述存储器302存储的计算机程序，执行本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤，请结合图1，具体包括以下步骤：
S101、采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线。
所述基准线处于所述黑白条纹纸光谱图的成像中心位置。
S102、采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长。
S103、采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘。
S104、将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果。
所述预设计算方法为插值方法。
步骤S104包括以下子步骤：
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，所述拟合曲线具有二维坐标系；
以所述积分球光谱图的光谱边缘作为坐标计算范围，计算所述拟合曲线中各个坐标对应的灰度值，得到包含灰度值信息的灰度图；
将坐标为所述灰度图通过所述插值方法拉伸得到第二灰度图，将所述第二灰度图输出作为所述谱线弯曲校正结果。
所述第二灰度图中的汞灯波长在二维坐标系中与纵坐标轴方向平行。所述第二灰度图中的黑白条纹在二维坐标系中与横坐标轴方向平行。
本发明实施例提供的计算机设备300能够实现如上述实施例中的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的各个过程及步骤，且能实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM）等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，其特征在于，所述谱线弯曲校正方法包括以下步骤：
采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线；
采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长；
采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘；
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果，所述预设计算方法为插值方法，该步骤包括以下子步骤：
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，所述拟合曲线具有二维坐标系；
以所述积分球光谱图的光谱边缘作为坐标计算范围，计算所述拟合曲线中各个坐标对应的灰度值，得到包含灰度值信息的灰度图；
将所述灰度图通过所述插值方法拉伸得到第二灰度图，将所述第二灰度图输出作为所述谱线弯曲校正结果。
2.如权利要求1所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，其特征在于，所述基准线处于所述黑白条纹纸光谱图的成像中心位置。
3.如权利要求1所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，其特征在于，所述第二灰度图中的汞灯波长在二维坐标系中与纵坐标轴方向平行。
4.如权利要求1所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法，其特征在于，所述第二灰度图中的黑白条纹在二维坐标系中与横坐标轴方向平行。
5.一种透射式光栅成像的谱线弯曲校正系统，其特征在于，所述谱线弯曲校正系统包括：
黑白条纹采集模块，用于采集黑白条纹纸光谱图，并在所述黑白条纹纸光谱图中标定基准线；
汞灯光谱采集模块，用于采集汞灯光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述汞灯光谱图的汞灯波长；
积分球光谱采集模块，用于采集积分球光谱图，并根据所述黑白条纹纸光谱图中的所述基准线的位置标定所述积分球光谱图的光谱边缘；
组合校正模块，用于将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，并通过预设计算方法计算所述拟合曲线，得到谱线弯曲校正结果，所述预设计算方法为插值方法，所述组合校正模块具体用于：
将所述黑白条纹纸光谱图、所述汞灯光谱图、所述积分球光谱图组合得到拟合曲线，所述拟合曲线具有二维坐标系；
以所述积分球光谱图的光谱边缘作为坐标计算范围，计算所述拟合曲线中各个坐标对应的灰度值，得到包含灰度值信息的灰度图；
将所述灰度图通过所述插值方法拉伸得到第二灰度图，将所述第二灰度图输出作为所述谱线弯曲校正结果。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任意一项所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任意一项所述的透射式光栅成像的谱线弯曲校正方法中的步骤。
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