一种全光谱能量分布的获取方法技术

本发明专利技术属于光学测量相关技术领域，其公开了一种全光谱能量分布的获取方法，该方法包括以下步骤：步骤一，将待测宽光谱光束垂直入射到微结构以获得宽光谱入射光的近场波前分布

【技术实现步骤摘要】
一种全光谱能量分布的获取方法


[0001]本专利技术属于光学测量相关
，更具体地，涉及一种全光谱能量分布的获取方法
。

技术介绍

[0002]光谱测量是科学研究和工业应用领域中最为常用和重要的一种光学测量手段
。
现有精密光谱测量系统主要包括照明光路
、
光学器件
、
放大光路和光谱探测器几部分构成
。
此类光谱测量方法与装置体积笨重
、
光学器件加工工艺要求苛刻，成本高昂，工作环境要求苛刻
。
受限于价格和尺寸等特性约束，现有精密光谱仪大都作为精密科研仪器使用，其便携性和推广性受阻
。
[0003]近年以来，光谱测量技术呈现出一些新型微型光谱仪方法
(
摄像头芯片和摄像设备，
CN114125196A)
，此方法采用微纳米材料作为光谱传感器件，直接将光谱能量转化成模拟电信号进行采样探测，将光谱测量系统集成到一枚摄像头中
。
但受限于其纳米材料光谱特性波动影响，需频繁对其进行精密光谱标定，导致其检测精度损失严重，传感器使用寿命短，标定流程繁琐，应用场景受限
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种全光谱能量分布的获取方法，其利用部分相干宽光谱衍射光强多元线性回归模型求解算法对待连续光谱信息进行计算求解以实现待测光谱快速测量，由此解决了现有光谱测量装置尺寸大
、
造价高
、
系统复杂
、
使用环境受限等技术问题
。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方向，提供了一种全光谱能量分布的获取方法，该获取方法主要包括以下步骤：
[0006]步骤一，将待测宽光谱光束垂直入射到微结构以获得宽光谱入射光的近场波前分布
U(x
，
y)
；
[0007]步骤二，通过夫琅禾费远场衍射获得近场波前分布
U(x
，
y)
的远场衍射光强分布
B(x
，
y)
，进而获取宽光谱波段内某一特定波长
λ
c
下的相干衍射光强分布
[0008]步骤三，通过宽光谱多元线性回归模型求解各离散波长下的光谱分量
w(
λ
)
，所述宽光谱多元线性回归模型的数学表达式为：
[0009]B
＝
w
T
·
X
λ
+b
[0010]其中，
[0011]λ
＝
[
λ1，
λ2，
...
，
λ
n
]，
w
＝
[w1，
w2，
...
，
w
n
]，
[0012][0013]式中，
X
λ
为微结构在波长矩阵
λ
单色相干光束入射条件下的衍射光强分布矩阵，
w
表示对应离散波长
λ
位置的光谱权重，
b
为系统噪声误差等分量；
[0014]步骤四，对求解的光谱分量
w(
λ
)
进行平滑优化处理以得到全光谱能量分布
。
[0015]进一步地，
[0016]U(
ξ
，
η
)
＝
Γ
[B
s
，
U(x
，
y)][0017]其中，
Γ
[B
s
，
U(x
，
y)]表示宽光谱部分相干光束
B
s
入射到微结构
U(x
，
y)
后所得到的近场波前分布函数
。
[0018]进一步地，微结构的厚度满足对待测光谱透射能量低于5％以下
。
[0019]进一步地，采用直径
20
μ
m、
厚
100
μ
m
的不锈钢微孔作为微结构
。
[0020]进一步地，用菲涅尔数
F
对微结构进行表征：
[0021][0022]其中，
a
是微结构孔径的尺寸；
L
是微结构与探测器之间的距离
。
[0023]进一步地，远场衍射光强分布
B(x
，
y)
的计算公式为：
[0024][0025]其中，
λ
为照明波长，
z
为探测器与衍射微结构之间的距离，
w
λ
为在波长
λ
处的光谱权重
。
[0026]进一步地，通过已知微结构分布函数
U(x
，
y)
通过衍射传播模型计算获得相干衍射光强分布对于其余波长下的相干衍射矩阵分布，任意波长下的单色化衍射光强分布可通过标定的线性变换获得：
[0027][0028]其中，
AT
为线性变换传递函数
。
[0029]进一步地，多元线性回归模型为奇异矩阵，能通过梯度下降或最小二乘法对其进行迭代拟合，获取全局最优近似解
。
[0030]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的全光谱能量分布的获取方法主要具有以下有益效果：
[0031]1.
本专利技术通过部分相干宽光谱衍射光强多元线性回归模型求解方法对待连续光谱信息进行计算求解以实现待测光谱的快速测量，实现了待测光谱简单
、
快速的求解
。
[0032]2.
本专利技术所提供的计算光谱测量方法具备系统精简
、
算法鲁棒
、
求解快速
、
测量精度高等优势，能够实现多场景
、
宽波长下光谱信息的简单快速测量
。
附图说明
[0033]图1是本专利技术提供的一种全光谱能量分布的获取方法的流程示意图；
[0034]图2是图1中的全光谱能量分布的获取方法涉及的结构的示意图；
[0035]图3是本专利技术基于宽光谱多元线性回归模型获取全光谱能量分布的详细流程图
。
[0036]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
201
‑
待测宽光谱光束，
202
‑
微结构，
203
‑
探测器
。
具体实施方式
[0037]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种全光谱能量分布的获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，将待测宽光谱光束垂直入射到微结构以获得宽光谱入射光的近场波前分布
U(x
，
y)
；步骤二，通过夫琅禾费远场衍射获得近场波前分布
U(x
，
y)
的远场衍射光强分布
B(x
，
y)
，进而获取宽光谱波段内某一特定波长
λ
c
下的相干衍射光强分布步骤三，通过宽光谱多元线性回归模型求解各离散波长下的光谱分量
w(
λ
)
，所述宽光谱多元线性回归模型的数学表达式为：
B
＝
w
T
·
X
λ
+b
其中，其中，式中，
X
λ
为微结构在波长矩阵
λ
单色相干光束入射条件下的衍射光强分布矩阵，
w
表示对应离散波长
λ
位置的光谱权重，
b
为系统噪声误差等分量；步骤四，对求解的光谱分量
w(
λ
)
进行平滑优化处理以得到全光谱能量分布
。2.
如权利要求1所述的全光谱能量分布的获取方法，其特征在于：
U(
ξ
，
η
)
＝
Γ
[B
s
，
U(x
，
y)]
其中，
Γ
[B
s
，
U(x
，
y)]
表示宽光谱部分相干光束
B

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世元，谷洪刚，陈创创，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：