一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，包括以下步骤：步骤1：设定滤波器的个数为M，波段数为N，M和N均为正整数；步骤2：生成均值为1/4的均匀随机矩阵R；步骤3：获得滤波器的薄膜厚度的随机矩阵d；步骤4：生成传输函数t(λ)；步骤5：生成M*N传输函数矩阵T；步骤6：得到原始光谱y；步骤7：构造Hadamard扫描矩阵S，计算出扫描光谱Z；步骤8：根据Hadamard扫描逆变换求得y

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法


[0001]本专利技术涉及便携式近红外光谱系统设计
，更具体的说是涉及一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法。

技术介绍

[0002]近红外光谱检测可以无需制样，快速、无损地检测出物体内部的主要成分信息，作为替代传统理化分析技术，已经得到了广泛的应用。但传统光谱分析系统设备结构复杂，体积庞大，成本昂贵，在具体的应用中受到了诸多限制，难以大范围推广应用。
[0003]随着微机电技术的发展，结合智能终端，近红外光谱仪逐步实现了小型化，被广泛应用于农产品、食品、药品、工业品等的生产制造及商品流通环节。
[0004]基于滤波器阵列的光谱仪，其分辨率主要受制于两个因素，一个是滤波器的数量，另一个是滤波器的透射函数的形状。但由于便携式光谱仪的大小及成本限制，故滤波器的数量无法做到无限制增加，故光谱仪的分辨率、信噪比不理想。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，本专利技术针对滤波器的传输函数做了改进并结合该种滤波器的采样数据特性，采用Hadamard扫描算法，实现了提升光谱仪的分辨率、信噪比等目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：设定滤波器的个数为M，波段数为N，M和N均为正整数；
[0009]步骤2：生成均值为1/4的均匀随机矩阵R；
[0010]步骤3：获得滤波器的薄膜厚度的随机矩阵d；
[0011]步骤4：生成传输函数t(λ)；
[0012]步骤5：生成M*N传输函数矩阵T；
[0013]步骤6：得到原始光谱y；
[0014]步骤7：构造Hadamard扫描矩阵S，计算出扫描光谱Z；
[0015]步骤8：根据Hadamard扫描逆变换求得y
final
。
[0016]所述步骤2中，R＝8*rand(sprt(M),sprt(M))。
[0017]所述步骤3中，d＝λ
center
/R。
[0018]所述步骤4中，其中，ρ
TE
、ρ
TM
由以下递推公式求得：
[0019][0020][0021][0022][0023]β
k
＝2πcos(θ
k
)n
k
d
k
/λ；
[0024]d
k
为薄膜的厚度，θ
k
为入射光穿过薄膜时与法线的角度，η
k
为薄膜的折射率。
[0025]所述步骤5中，
[0026]所述步骤6中，y＝Tx，其中，x为照射在目标物上的入射光。
[0027]所述步骤7中，Z＝y*S，构造Hadamard扫描矩阵S的步骤如下：
[0028]步骤7.1：设定模式n的值；
[0029]步骤7.2：Paley构造生成矩阵P；
[0030]步骤7.3：剔除P矩阵中的第一行和第一列：
[0031]步骤7.4：剔除P矩阵中大于n的列；
[0032]步骤7.5：得出S＝1/2*(P-1)；
[0033]步骤7.6：重置矩阵列。
[0034]所述步骤1中，S矩阵大小size应满足以下条件：
[0035]size≥n+1，本实例中模式数量n＝8；
[0036]size必须是4的整数倍；
[0037]size-1必须为素数。
[0038]所述步骤8中，y
final
＝Z*S-1
，其中，S-1
为矩阵S的逆矩阵。
[0039]本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：
[0040]本专利技术通过改进滤波器阵列的设计，使得滤波器的传输函数间的自相关函数逼近脉冲函数，从而降低了各个经过滤波器的光谱分量的相关性，同时结合Hadamard变换，实现了从光通量比较高的全局频谱信号中重构出理想光谱分量的目的，增强了频谱信号能量，提升了光谱仪的分辨率及信噪比。
附图说明
[0041]附图1基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法的流程图；
[0042]附图2Hadamard扫描变换流程；
[0043]附图3Hadamard逆变换流程；
具体实施方式
[0044]下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分
实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0045]实施例1:
[0046]如图1所示，一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，包括以下步骤：
[0047]步骤1：设定滤波器的个数为M，波段数为N，M和N均为正整数；
[0048]步骤2：生成均值为1/4的均匀随机矩阵R；
[0049]步骤3：获得滤波器的薄膜厚度的随机矩阵d；
[0050]步骤4：生成传输函数t(λ)；
[0051]步骤5：生成M*N传输函数矩阵T；
[0052]步骤6：得到原始光谱y；
[0053]步骤7：构造Hadamard扫描矩阵S，计算出扫描光谱Z；
[0054]步骤8：根据Hadamard扫描逆变换求得y
final
。
[0055]所述步骤2中，R＝8*rand(sprt(M),sprt(M))。
[0056]所述步骤3中，d＝λ
center
/R。
[0057]所述步骤4中，其中，ρ
TE
、ρ
TM
由以下递推公式求得：
[0058][0059][0060][0061][0062]β
k
＝2πcos(θ
k
)n
k
d
k
/λ；
[0063]d
k
为薄膜的厚度，θ
k
为入射光穿过薄膜时与法线的角度，η
k
为薄膜的折射率。
[0064]所述步骤5中，
[0065]所述步骤6中，y＝Tx，其中，x为照射在目标物上的入射光。
[0066]所述步骤7中，Z＝y*S，构造Hadamard扫描矩阵S的步骤如下：
[0067]步骤7.1：设定模式n的值；
[0068]步骤7.2：Paley构造生成矩阵P；
[0069]步骤7.3：剔除P矩阵中的第一行和第一列：
[0070]步骤7.4：剔除P矩阵中大于n的列；
[0071]步骤7.5：得出S＝1/2*(P-1)；
[0072]步骤7.6：重置矩阵列。
[0073]所述步骤1中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设定滤波器的个数为M，波段数为N，M和N均为正整数；步骤2：生成均值为1/4的均匀随机矩阵R；步骤3：获得滤波器的薄膜厚度的随机矩阵d；步骤4：生成传输函数t(λ)；步骤5：生成M*N传输函数矩阵T；步骤6：得到原始光谱y；步骤7：构造Hadamard扫描矩阵S，计算出扫描光谱Z；步骤8：根据Hadamard扫描逆变换求得y
final
。2.根据权利要求1所述的一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，其特征在于，所述步骤2中，R＝8*rand(sprt(M),sprt(M))。3.根据权利要求1所述的一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，其特征在于，所述步骤3中，d＝λ
center
/R。4.根据权利要求1所述的一种基于随机滤波器阵列的近红外光谱仪实现方法，其特征在于，所述步骤4中，其中，ρ
TE
、ρ
TM
由以下递推公式求得：由以下递推公式求得：由以下递推公式求得：由以下递推公式求得：β
k
＝2πcos(θ
k
)n
k
d
k
/λ；d
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾利红，闫晓剑，何涛，
申请(专利权)人：四川长虹电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：