提高阵列光电检测器探测灵敏度的阿达玛变换调制方法技术

本发明专利技术提供一种提高阵列光电检测器探测灵敏度的阿达玛变换调制方法，使用阵列光电探测器做为检测器，通过检测器获取光信号，模拟阿达玛变换编码部件的编码过程，通过阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号，从而提高探测灵敏度。本发明专利技术还提供了实现上述调制方法的设备，包括作为检测器的阵列光电探测器、用于实现阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号的装置。该方法和设备利用阵列检测器多通道的特性，通过利用阿达玛变换调制阵列探测器采集到的数据进行编码处理，同时又无需增加专用编码部件，可以大幅度提升检测器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电
，具体涉及一种信噪比提高的阿达玛变换调制方法。
技术介绍
传统光谱仪一般使用点检测器如光电倍增管，通过扫描的方式来获取光谱。而新 兴的全谱直读式光谱仪采用阵列光电探测器来获取全部色散光的光谱，通过光电探测器直 接读取出光谱中的信息，可以免去扫描过程，提高分析效率。目前，使用面阵列光电探测器 作为成像元件已经成为一个通用的方法。 对传统光谱仪进行阿达玛变换改造，可以显著提高光谱仪的分辨能力。根据编码 阵列n的不同，信噪比可以提高(n+l)/2n^倍。但是在传统的阿达玛变换光谱系统中，无 论是使用机械模板、液晶空间光调制器还是数字微镜阵列作为阿达玛模板取代狭缝调制光 信号，都需要外加一个部件来进行光的调制。再将调制后的光通过光电倍增管检测。基于 阿达玛变换的成像系统也是要在成像系统中使用编码元件。利用编码元件对图像进行调制 同样需要使用诸如机械模板、液晶空间光调制器或数字微镜阵列之类的部件。使用编码部 件的问题在于编码部件的响应、运动可靠性以及精确控制都存在一定的可靠性问题，在光 学系统中增加的部件越多，复杂性越大，系统的可靠性就会降低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服上述现有技术的不足，提供一种阵列光电检测器探测灵敏 度的阿达玛变换调制方法。该方法利用阵列检测器多通道的特性，通过阿达玛编码、解码的 方法，可以大幅度提升检测结果的灵敏度。 本专利技术提供的技术方案是提高阵列光电检测器探测灵敏度的阿达玛变换调制方 法，使用阵列光电探测器做为检测器，通过检测器获取光信号，模拟阿达玛变换编码部件的 编码过程，通过阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号，从而提高 探测灵敏度。 上述阵列光电探测器为一个线阵或者面阵的光电检测器。 所述阿达玛变换的编码算法和解码算法以阵列光电探测器上的n个像敏单元作 为工作区域进行光电转换，得到原始的光信号数列Xi，其中i = 1，2，……n;将Xi与阿达玛变换编码模板序列Si, j对应相乘，再将这个数组求和得到yj，即力=!>,,7Jf,，式中yj是用第j个模板编码序列调制产生的信号的总和，其中j = 1，2，……n ;利用Y = (yi， y2……yn) 通过阿达玛解码算法解出X， X即为通过阿达玛变换编码算法和解码算法处理后的光信号。 本专利技术阵列光电探测器的像敏单元可以划分为一个或多个工作区域，未划分进工 作区域的像敏单元被舍弃；对于划分为多个工作区域，每个工作区域均按照所述的阿达玛 变换的编码算法和解码算法进行处理。 本专利技术还提供了实现上述调制方法的设备，包括作为检测器的阵列光电探测器、用于实现阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号的装置。 本专利技术使用阵列光电探测器做为检测器，通过将检测器读取到的信号数列&与阿达玛变换编码模板的编码序列Si对应相乘，即等同于获得机械模板调制的投影信号强度，再将这个数组求和，即为等同于单点探测器(如光电倍增管)读到的yj。 利用阿达玛编码算法处理使用阵列探测器所测定的信号，在相同光电转换时间内，可以提供更高的信噪比。即根据使用的阿达玛编码算法的中编码码元数n的大小(n为大于1的自然数，本专利技术可根据需要设定n的大小以及对应的n阶S编码矩阵)，信噪比提高(n+l)/2n"2倍。并且不需要专用编码部件，适用性非常广泛。 利用该方法对阵列传感器的信号调制编码处理，可能会因为阵列的规模比较大，而需要通过"分区"的手段将某些码元进行统一处理来节约编码、解码时间。 本专利技术不需要常规的阿达玛变换使用的编码系统，而是将阵列式检测器自身作为编码模板，因此可以直接用于现有的阵列检测器系统中。因此其优点在于l)省掉了一些部件，简化光路和控制部分的电路；2)提高了编码速度；3)避免了由外加编码部件带来的多缝衍射造成的测量误差。具体实施例方式本专利技术涉及的一种针对阵列式光电检测器的信噪比提升的编码方法。具体的实施方式为阵列传感器采集一次数据，这些数据与编码序列相乘进行编码，求出编码后的信号值。根据设定的编码级数，依次使用每一个编码序列处理一次传感器采集到的数据。传感器采集到的数据不重复使用。所有编码序列使用完毕后，即可得到用于解码的数据矩阵。利用阿达玛解码过程即可解出需要测定的信号。 实施例1 :对使用1024像元的线阵CCD的直读光谱仪的阿达玛编码改造。 线阵CCD为1024像元，为匹配适用n = 1023的二值循环S矩阵编码，舍弃端部一个像元，使用其中的1023个像元进行编码。线阵CCD曝光一次，与1023阶S矩阵中的一行逐数据相乘，S编码序列中为1的对应测定值在编码后保留，为0的对应测定值就为0，将这一编码处理过的信号值进行累加，即为一个编码数据。同样的操作进行1023次，第n次曝光采集的数据使用S矩阵第n行编码，即可得到一个1023个元素的数组。利用这个数组即可通过阿达玛解码算法求算探测到的光谱。 以阵列光电探测器上的1023个像敏单元做为工作区域采集数据并进行编码，每次测到的信号Y可以写成(1)式 (1)式中yj是用第j个模板编码序列调制产生的信号的总和，Xi是该CCD上第i个像敏单元所产生的信号，矢量Sj = (Sw， S2,j， . . . Sn,j)的值对每一个"透过"的元素为l，对"不透过"的元素为0，为了还原所有的1023个信号，则必须进行1023次测量，得方程(2):<formula>formula see original document page 4</formula> (2-1) <formula>formula see original document page 4</formula> (2_2) ......少旭广2X鹏Z, (2-1023)'w 利用Y = (yi， y2……yn)即通过阿达玛解码算法解出X，也就是求算出所需要这n个像敏单元所检测到的信号。 线阵CCD所得到的数据即为直读光谱仪所读取到的光谱。利用阿达玛变换可以提高系统探测微弱光谱的信噪比。通过1023阶阿达玛变换，光谱探测的信噪比提高(1023+1)/(2X 10231/2) = 16. 0倍。对于弱光光谱信号的探测更有利。 上述阿达玛变换的编码算法和解码算法可通过计算机的软、硬件来实现。 上述调制方法可通过包括作为检测器的阵列光电探测器、用于实现阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号的装置的设备来实现。 实施例2 :对使用512X512像素分辨率的面阵CCD探测器成像图片的编码处理。 面阵CCD所得到的数据实际上是一个512X512的数据矩阵。利用阿达玛变换可以提高图像的信噪比，但是这个时候就不宜使用512 X 512 = 262144阶S矩阵进行编码，这样的测定时间长度将是不能接受的。因此对图像应当使用较低阶S矩阵进行编码。 可以将该面阵CCD视为512个512线阵的集合。通过对每一个线阵进行编码处理，也可以实现提高图像分辨率的效果。参照实施例1的方法，512阶方矩阵舍弃尾部的一列数据。不过这列数据可以另外进行一次511的编码，不参与编码的数据只有一个。每一行的511个数据均与511阶S矩阵中的一行逐数据相乘，编码序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高阵列光电检测器探测灵敏度的阿达玛变换调制方法，使用阵列光电探测器作为检测器，通过检测器获取光信号，模拟阿达玛变换编码部件的编码过程，通过阿达玛变换编码算法和解码算法处理光电检测器得到的光信号，从而提高探测灵敏度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昊，唐宏武，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]