用于求取校正量函数的方法和用于生成频率校正的高光谱图像的方法与流程

1.本发明涉及一种用于求取用于校正具有ir探测器的ftir测量装置的校正量函数的方法。所述ftir测量装置还包括ir源、干涉仪和样本位置，其中，ir源的光穿过干涉仪并且在离开干涉仪之后被偏转到位于成像光学系统的焦点中的样本位置。样本位置被成像到探测器上。
2.本发明还涉及一种用于借助具有ir探测器的ftir测量装置生成样本的频率校正的高光谱图像的方法。


背景技术：

3.从[3]中已知一种用于求取用于校正ftir光谱仪的校正量的方法。
[0004]
使用成像ftir显微镜可空间分辨地对微观样本进行光谱测量，同时在样本的不同位置处记录红外光谱。生成样本的高光谱图像。为此，ir光(红外光)穿过干涉仪，在干涉仪中通过一个或多个反射镜的运动而使干涉仪臂的长度彼此改变并且由此根据红外光的波长调制红外光。调制频率在此取决于波长，可为每个波长唯一地分配一个调制频率。如此调制的红外光被引导到待检查样本上并且从样本而出的光被聚焦到红外探测器上。
[0005]
红外探测器记录待测量信号i(δx)作为两个干涉仪臂之间的路程差δx的函数，从而生成干涉图，从中可通过傅里叶变换计算红外光谱。干涉仪反射镜彼此间的相对位置δx的确定通常以如下方式进行：附加于红外光也通过干涉仪发送激光器的光，并且产生的激光信号由单独的激光探测器记录。通过交流耦合的激光干涉图i
las
的交零，可通过激光波长λ
las
非常精确地确定反射镜彼此间的相对位置[1、3]。
[0006]
如果红外探测器包括多个设置成一行或一个阵列的敏感元件(传感器元件)，则可空间分辨地同时检查样本的多个区域。探测器的每个传感器元件可记录一个干涉图，然后从中可计算红外光谱。
[0007]
显微镜光学器件的特征可在于有效焦距f
eff
。这种有效焦距和平面探测器的扩展确保红外探测器的不同传感器元件(像素)记录来自干涉仪的不同角度的光。
[0008]
已知：不平行于光轴穿过干涉仪的射线在两个干涉仪臂之间经历的路程差小于平行于光轴延伸的射线[1]、[2]。因此，与平行于光轴穿过干涉仪的射线的干涉图相比，不平行于光轴穿过干涉仪的射线的干涉图被拉伸并且波长因此经历较低的调制频率并且所产生的光谱作为频率的函数因此被压缩。吸收带因此似乎偏移到较小的波数(频率)。
[0009]
由于探测器的每个传感器元件(像素)记录具有不同角度的辐射，因此根据传感器元件在探测器上的位置，光谱被不同程度地压缩并且吸收带具有不同程度的偏移。
[0010]
即使在具有单元件探测器的ftir光谱仪中，吸收带也可发生偏移，例如如果调整使得主要是以小角度穿过干涉仪或朝参考激光轴线倾斜的辐射到达探测器的话。从[3]可知，通过下述方式校正由此产生的偏移，即简单地将激光波数ν
las
的值改变适当的量以校正光谱中的频率轴。激光波数(或激光波长)决定了傅立叶变换之后为光谱创建的频率栅格。
[0011]
为了在具有平面探测器的ftir光谱仪中将带位置至少大致偏移到正确的范围内，已知使用对所有传感器元件相同的恒定压缩系数。该方法相应于刚刚描述的根据[3]的用于单元件探测器的方法并且因此仅对一个像素进行良好的校正。但不能由此对所有传感器元件进行精确的校正。


技术实现要素：

[0012]
本发明的任务在于提出一种用于求取校正量函数的方法，借助该校正量函数可独立于进行检测的传感器元件的位置有效地校正在具有扩展的探测器的ftir光谱仪中出现的频移；并且本发明的任务在于提出一种用于生成频率校正的高光谱图像的方法。
[0013]
根据本发明，所述任务通过根据权利要求1所述的用于求取校正量函数的方法和根据权利要求10所述的用于生成频率校正的高光谱图像的方法来解决。
[0014]
在根据本发明的方法中，使用具有多个传感器元件的ir探测器，所述多个传感器元件分别位于一个位置(x,y)处。
[0015]
根据本发明的用于求取校正量函数的方法包括下述步骤：
[0016]
a)用ir探测器的传感器元件记录参考样本的干涉图ifg
rxy
；
[0017]
b)通过对至少四个传感器元件的参考样本的干涉图ifg
rxy
进行傅立叶变换来计算参考样本的光谱r
xy
；
[0018]
c)通过将每个在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
与参考样本的比较数据集进行比较来计算校正量k
xy
；
[0019]
d)使用在步骤c)中计算的校正量k
xy
确定校正量函数k
f
(x,y)。
[0020]
因此，根据本发明，单独评估各个传感器元件的光谱并且与比较数据集(例如文献中用表格列出的吸收峰的带位置)相关地计算校正。校正量函数k
f
(x,y)包括计算出的校正量k
xy
的整体。由此可考虑每个像素的情况(尤其是位置)并且对每个像素实现最佳校正。
[0021]
在根据本发明的用于求取校正量函数的方法的第一种变型方案中，所述比较数据集包括参考样本的选定的吸收峰p的目标位置v
l
。步骤c)中对校正量k
xy
的计算通过与参考样本的光谱r
xy
中的吸收峰p的实际位置v
xy
的比较来进行。例如通过寻找绝对最大值、通过具有重心的统计学、评估或高斯峰的拟合来确定吸收峰在光谱中的位置。
[0022]
在该第一种变型方案中，所述校正量k
xy
可通过将目标位置v
l
与实际位置v
xy
相减或相除来求取，在此适用
[0023]
k
xy
＝v
xy
‑
v
l
或k
xy
＝v
xy
/v
l
。
[0024]
在根据本发明的用于求取校正量函数的方法的第二种变型方案中，所述比较数据集包括具有参考样本的多个吸收峰的模拟光谱s
sim
。步骤c)中对校正量k
xy
的计算通过将在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
与模拟光谱s
sim
进行比较来进行。在该变型方案中，可同时将多个特征吸收带纳入评估。
[0025]
在该第二种变型方案中，所述校正量k
xy
优选通过最大化在模拟光谱s
sim
(v)和偏移了k
xy
的光谱r
xy
(v
‑
k
xy
)之间的或在模拟光谱s
sim
(v)和通过变化k
xy
以1/k
xy
拉伸或压缩的光谱r
xy
(v/k
xy
)之间的相关性来求取。测量的光谱在频率轴上迭代地拉伸，直到与模拟光谱的相关性最大。
[0026]
为了最小化校正量函数中的噪声，有利的是，使用分析模型来建立用于计算校正
量函数k
f
(x,y)的方程组。
[0027]
所述校正量函数k
f
(x,y)例如可如下得出
[0028][0029]
其中c
y
、c
x
、f
eff
和k
c
是用于使校正量函数k
f
(x,y)适应计算的校正量k
xy
的参数。
[0030]
作为其替代方案，所述校正量函数k
f
(x,y)可如下得出
[0031]
k
f
(x,y)＝a
*
(x2 y2) b
*
x c
*
y d
[0032]
其中a、b、c、d是用于使校正量函数k
f
(x,y)适应计算的校正量k
xy
的参数。
[0033]
对于这两个分析模型，优选通过最小化误差函数σ
xy
(k
f
(x,y)
–
k
xy
)2使根据分析模型的校正量函数k
f
(x,y)适应在步骤c)中计算的校正量k
xy
。
[0034]
优选地，分析模型所需的参数通过针对至少四个传感器元件建立具有在步骤c)中求取的校正量k
xy
的方程并通过借助补偿计算求解所得方程组来求取。因此，由上述分析模型产生的、具有四个未知数的方程组可求解。优选地，针对部分地设置在ir探测器边缘上的且部分地设置在ir探测器中心附近的传感器元件执行步骤c)。尤其是可针对所有传感器元件执行步骤c)。
[0035]
本发明还涉及一种用于借助具有ir探测器的ftir测量装置生成样本的频率校正的高光谱图像的方法，所述ir探测器包括多个传感器元件，其中，该方法对于具有ir探测器的位置(x,y)的每个传感器元件包括：
[0036]
‑
借助传感器元件记录具有等距扫描栅格a
xy
的干涉图ifg
pxy
；
[0037]
‑
对干涉图进行傅里叶变换以求取具有频率轴的光谱s
xy
(v)。
[0038]
根据本发明，用如上所述求取的校正量函数k
f
(x,y)校正每个传感器元件的光谱s
xy
(v)。
[0039]
特定于传感器元件的校正量的确定特定于设备地进行。因此，对于相同类型的不同ftir测量装置进行单独的校正量确定。优选地，对于每个ftir测量装置的特定于传感器元件的校正量的确定每天到每月和/或在对设备做出改变之后进行，尤其是在调整被改变的情况下。
[0040]
对光谱s
xy
(v)进行校正有多种可能性，一方面是关于校正量函数的求取，另一方面是关于在高光谱图像的记录过程内的校正的时间点。
[0041]
根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案i规定，所述校正量函数k
f
(x,y)通过拉伸或压缩在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
(使用光谱的选定的区域求取校正量函数)或通过将参考样本的选定的吸收峰p的目标位置v
l
和实际位置v
xy
相除(使用选定的吸收峰求取校正量函数)来求取，并且样本的光谱s
xy
(v)的每个光谱点(v
n
,i
n
)被校正为(v
n
/k
f
(x,y),i
n
)，其中i
n
表示样本的光谱s
xy
(v)中的第n个光谱点的强度。
[0042]
在根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案ii中，所述校正量函数k
f
(x,y)通过移动在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
(使用光谱的选定的区域求取校正量函数)或通过将目标位置v
l
和实际位置v
xy
相减(使用选定的吸收峰求取校正量函数)来求取，并且样本的光谱s
xy
(v)的每个光谱点(v
n
,i
n
)被校正为(v
n
‑
k
f
(x,y),i
n
)。
[0043]
在前两种变型方案中，校正是在傅立叶变换之后进行的，而在下面描述的第三种
和第四种变型方案中，校正在傅立叶变换之前或期间进行：
[0044]
根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案iii规定，所述校正量函数k
f
(x,y)通过拉伸或压缩在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
或通过将选定的吸收峰的目标位置v
l
和实际位置v
xy
相除来求取，并且用a
xy
＝a0/k
f
(x,y)的扫描栅格(干涉图中两个扫描点之间的距离)记录干涉图ifg
pxy
并且随后通过对校正的干涉图的傅立叶变换生成样本的光谱s
xy
(v)，其中a0在计算频率轴的值时用作扫描栅格的值。因此，可在记录测量数据时通过调整用于记录测量数据的扫描栅格a
xy
或通过将用固定扫描频率记录的干涉图插入到所需的(取决于像素的)支撑点来进行校正。然后将扫描栅格a0特定于传感器元件地放大到值a0/k
f
(x,y)。但在求取频率轴时，值a0在计算中用于所有传感器元件。
[0045]
根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案iv规定，所述校正量函数k
f
(x,y)通过拉伸或压缩在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
或通过将选定的吸收峰的目标位置v
l
和实际位置ν
xy
相除来求取。用a
xy
＝a0的扫描栅格记录干涉图ifg
pxy
并且随后通过对干涉图的傅立叶变换生成样本的光谱s
xy
(ν)，其中a0*k
f
(x,y)在计算频率轴的值时用作扫描栅格a
xy
的值。因此，在记录测量数据之后在计算频率轴的值时通过调整干涉图的扫描栅格的值来进行校正。k
xy
<1的传感器元件的干涉图在空间域中被拉伸，因此它们用与像素无关的扫描栅格a0以比光轴上的像素的干涉图(k
xy
＝1)更高的频率进行扫描。为了获得相同的光谱分辨率，可能必须记录更多的干涉图点，以保持干涉图的总长度。
[0046]
仅当校正量函数k
f
(x,y)通过压缩/拉伸限定时，即当校正量k
f
(x,y)无量纲时，通过干涉图(变型方案iii和iv)的校正才有效。如果校正量k
f
(x,y)通过差值限定，则利用该校正量k
f
(x,y)不能求取通过干涉图的校正。
[0047]
优选地，ftir测量装置是ir显微镜。为了求取样本区域的高光谱图像，借助干涉仪生成调制的红外辐射，借助显微镜光学器件以调制的辐射照射样本并借助探测器探测由样本反射或透射的调制的辐射。
附图说明
[0048]
本发明的其它优点由说明书和附图给出。上面提到的且下面进一步说明的特征根据本发明同样可分别本身单独地或以任意组合多个使用。所显示和描述的实施方式不能理解为穷尽性叙述，而是相反地具有用于描述本发明的示例性特征。附图如下:
[0049]
图1示出用于在反射中ftir测量的ftir显微镜的结构。
[0050]
图2示出从干涉仪以不同角度射出的并照射到ir探测器上的ir射线的走向。
[0051]
图3示出根据本发明的用于求取校正量函数k
f
(xy)的方法的基本方法步骤。
[0052]
图4以空间分辨的方式示出对于探测器的不同传感器元件位置(x,y)测量的参考样本的示例性选定的吸收峰的带位置。
[0053]
图5以空间分辨的方式示出对于探测器的不同传感器元件位置(x,y)计算的校正量k
xy
。
[0054]
图6以空间分辨的方式示出校正量函数k
f
(x,y)，其在步骤d)中借助在步骤c)中计算的校正量k
xy
和分析模型对于探测器的不同传感器元件位置(x,y)求取得到。
[0055]
图7以空间分辨的方式示出图6的校正量函数k
f
(x,y)与步骤c)中对于探测器的不同传感器元件位置(x,y)计算的图5的校正量k
xy
之间的差异。
[0056]
图8示出图7的校正量函数k
f
(x,y)随ir探测器的像素数变化的曲线。
[0057]
图9示出图5的校正量k
xy
的值随ir探测器像素数变化的曲线。
[0058]
图10示出图表，在该图表中示出在有校正和无校正时选定的吸收峰随ir探测器的像素数变化的波数精度。
[0059]
图11示出借助传感器元件测量的参考样本(含有水蒸气和co2的空气)的光谱。
[0060]
图12示出图11所示的光谱r
xy
(ν)的经过对数化、基线校正和归一化的局部区域(水蒸气的吸收线)。
[0061]
图13示出水蒸气的模拟吸收光谱s
sim
(v)。
[0062]
图14示出图表，在该图表中图12和图13的光谱r
xy
(v)和s
sim
(v)被绘制在一起。
[0063]
图15示出通过校正量k
xy
修正的图12的光谱r
xy
(v/ν
l
)与图13的模拟光谱s
sim
(ν)的随校正量k
xy
变化的相关性。
[0064]
图16示出模拟光谱s
sim
(ν)与以k
xy
＝0.9973099修正的测量光谱的比较。
[0065]
图17示出根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的基本方法步骤。
[0066]
图18示出根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案i和ii的方法步骤。
[0067]
图19示出根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案iii的方法步骤。
[0068]
图20示出根据本发明的用于生成频率校正的高光谱图像的方法的变型方案iv的方法步骤。
具体实施方式
[0069]
图1示出在反射布置结构中的ftir显微镜。ir源1的红外光被反射镜2捕获、准直并偏转到(修正的)迈克尔逊干涉仪3中。此处光击中分束器3a，该分束器透射一部分辐射并允许其到固定反射镜3b，反射另一部分辐射并将其偏转至可运动反射镜3c。在反射镜3b和3c上反射的光随后再次在分束器3a处叠加并离开干涉仪3。由干涉仪3调制的红外光离开干涉仪3并被引导到显微镜光学器件4中。在那里其通过不同的反射镜4a被偏转到分束器或半反射镜4b并从那里被引导到物镜4d(聚光镜)中，其照射位于样本位置5处的微观样本。样本位置5处的样本与调制的红外辐射相互作用并反射一部分辐射。反射的辐射随后被物镜4c捕获并聚焦到红外探测器6上。在到达红外探测器6的途中，辐射经过半反射镜或分束器4b。
[0070]
ftir显微镜也可在透射中进行。透射ftir显微镜(未示出)包括另一个物镜，其用于将来自干涉仪3的光偏转到样本上，而物镜4c用于将从样本透射的光聚焦到红外探测器上。
[0071]
物镜4c在红外探测器6的传感器上生成样本平面5的图像。如果红外探测器包括多个设置成一行或一个阵列的敏感元件，则可空间分辨地同时检查样本的多个区域。探测器6的每个元件可记录干涉图，然后从其可计算红外光谱。因此，探测器6的每个像素都记录样本的空间分辨的光谱。这种平面探测器6在实践中可具有不同的实施方式。除了在其中小探测器元件设置成行或阵列的探测器外，还使用所谓的焦平面阵列，在其中以类似于ccd相机的方式读取红外敏感的像素。
[0072]
显微镜光学器件4一方面确保来自干涉仪3的准直辐射照射样本，另一方面确保借
助调制的辐射在探测器6的传感器元件上形成样本的图像。
[0073]
图2示意性示出具有有效焦距f
eff
的显微镜光学器件4，其将来自干涉仪3的准直辐射聚焦到具有传感器元件7的平面探测器6上。在此来自干涉仪3的、准直且平行于光轴延伸的辐射到达中心传感器元件(在光轴上)。相反，距光轴延伸通过的平面探测器6的中心有一定距离的传感器元件(像素)看到如下的来自干涉仪3的准直辐射，其在干涉仪3内以倾斜于光轴的角度α延伸。在此适用的关系是：tanα＝d/f
eff
。
[0074]
由于探测器6的每个传感器元件7(像素)记录具有不同角度α的辐射，因此通过不同的传感器元件记录的光谱根据传感器元件7在探测器6上的位置被不同程度地压缩，光谱中的吸收带具有不同程度的偏移。
[0075]
根据本发明，对于每个传感器元件单独评估参考样本的由不同传感器元件7记录的光谱或由不同传感器元件7记录的部分光谱并且对每个传感器元件7进行单独的校正。为此所需的根据本发明的方法的步骤在图3中示出：首先，借助ir探测器的传感器元件为参考样本(这里：水蒸气)记录干涉图ifg
rxy
。通过干涉图的傅立叶变换计算光谱r
xy
。可以为所有传感器元件、但至少为四个传感器元件计算光谱。通过将在步骤b)中计算的参考样本的光谱r
xy
与参考样本的比较数据集进行比较来求取校正量k
xy
。例如可从专业文献或通过模拟获得比较数据集。计算出的校正量k
xy
用于确定校正量函数k
f
(x,y)，该校正量函数根据像素位置(x,y)给出校正量k
xy
的值。当根据本发明将计算的光谱与比较数据集进行比较时，不必使用整个测量光谱；相反，计算的光谱的一部分、如特定的光谱范围或单个吸收峰可用于比较。下面示出两种变型方案，借助它们可求取相应的校正量函数k
f
(x,y)。
[0076]
变型方案1：使用选定的吸收峰求取校正量函数
[0077]
图4示出使用ftir显微镜测量选定的吸收峰的位置(此处：目标位置在1576.130cm
‑1处的水蒸气吸收带)的结果，在此使用具有32x32像素的大探测器阵列(fpa)的探测器。针对每个光谱并且因此针对探测器的每个传感器元件评估吸收带的位置。图4示出编码为灰度级的、作为探测器行和探测器列的函数的、该水蒸气带的位置(实际位置)。可以看出，大约在第30行和第7列处选定的带的位置最大。从那里围绕该最大值形成同心环，且带位置的值减小(吸收峰向较小的波数移动)。这与理论是一致的，因为随着像素与光轴的距离增加，角度α增加并且光谱被压缩得越多，在本示例中光轴没有精确位于传感器的中心。
[0078]
通过将选定的吸收峰的比较值、例如从文献中已知的选定吸收峰的目标位置与从测量光谱求取的相应吸收峰的实际位置进行比较(通过减法或除法)，计算用于相应传感器元件的校正量k
xy
。
[0079]
图5示出这种比较的结果(作为探测器行和探测器列的函数的校正量k
xy
)，其中测量的峰位置除以比较值ν
l
(k
xy
＝v
xy
/v
l
)。
[0080]
在图9中示出作为像素位置/像素数的函数的校正量k
xy
。可以看出，借助参考样本确定的校正量k
xy
是有噪声的。这是因为确定水蒸气的带位置的各个光谱也具有一定的噪声。这种噪声会影响带位置的确定精度。缺点在于：校正量k
xy
中的噪声会转移到所有用这个校正量k
xy
校正的后续测量中。如果可一同考虑关于频率轴压缩原因的其它知识，则可获得更好的结果。这可通过使用分析模型来完成，如下所述：已经确定，与平行于光轴的辐射相比，以角度α穿过干涉仪的辐射在两个干涉仪臂之间的光学路程差δ更小：
[0081]
δ＝2l cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0082]
由于干涉仪的调制频率降低了系数cosα，测量的选定吸收峰的频率ν
‘
也与真实频率ν偏离了系数cosα。
[0083]
ν
‘
＝vcosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0084]
利用下式，探测器6上坐标为x和y的每个传感器元件记录以角度α(x,y)穿过干涉仪的辐射：
[0085]
tanα(x,y)＝sqrt((x
‑
c
x
)2 (y
‑
c
y
)2)/f
eff
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0086]
在此光轴在坐标(c
x
,c
y
)处与探测器6的传感器相交。
[0087]
结合方程2和3，测量的带位置v
‘
＝v
xy
因此可描述为探测器6上的传感器元件(像素)的位置的函数。c
x
和c
y
在此是光轴与探测器相交的坐标，ν
c
是在该位置上测量的带位置并且f
eff
是显微镜光学器件的有效焦距。
[0088][0089]
校正量如下产生：
[0090][0091][0092]
对于小角度适用：arctanx≈x和cosx≈1
–
x2/2。因此，必须找到尽可能最好地描述测量数据的如下形式的二次函数：
[0093][0094]
对于坐标为(x,y)
n
和校正量为k
n
的n个像素中的每一个像素可建立上述形式的方程。所有n个方程然后可用矩阵形式表示：
[0095][0096][0097]
这个方程组有n个方程(如32x32)和四个未知数。所以它是过度确定的。最佳优化求解(最小二乘拟合)是：
[0098][0099]
为了求解，因此只需要关于矩阵乘法、转置矩阵的形成和逆矩阵的形成的知识。可例如通过带有行列式的克拉默法则形成逆矩阵，从结果a'、b'、c'、d'中可计算希望的参数c
x
、c
y
、k
c
和a。
[0100][0101][0102][0103][0104]
图6和8示例性示出通过上述模型针对在v
l
＝1576.130cm
‑1处的参考吸收峰的峰位置p计算的校正量函数k
f
(x,y)。求解由分析模型产生的方程组得到：
[0105]
c
x
＝5.12346
[0106]
c
y
＝31.9599
[0107]
k
c
＝0.9999918157
[0108]
a＝4.20110015e
‑8[0109]
产生无噪声的校正量函数k
f
(x,y)。
[0110]
用分析模型计算的校正量函数k
f
(x,y)与从测量数据计算的校正量k
xy
之间的差异在图7中示出
[0111]
图10示出在没有频率校正和具有所描述的频率校正的情况下在1576.130cm
‑1处用成像ftir显微镜测量的波数精度或频率精度的比较。在图10中绘出作为像素数(传感器元件数)的函数的带位置与文献值(1576.130cm
‑1)的偏差。可以清楚地看到，具有校正的波数精度比没有校正的波数精度好一个数量级。
[0112]
变型方案2：使用光谱的选定区域求取校正量函数
[0113]
代替选定的峰值，由各个传感器元件测量的参考样本的光谱的完整光谱或选定的频率范围也可用于计算校正量函数。图11示出含有水蒸气和co2的空气的参考样本的这种光谱。图12示出图11所示光谱的部分区域，即水蒸气的吸收线。图12所示的光谱经过对数化、基线校正和归一化，在此原则上也可省却归一化。
[0114]
如图13所示，水蒸气的模拟吸收光谱用作用于求取校正量k
xy
的比较数据集。图13所示的模拟光谱借助hitran(高分辨率透射分子吸收数据库)模拟。在图14中，将两个光谱(测量光谱和模拟光谱的选定的部分区域)绘制在一起用于比较。可以清楚地看到，各光谱彼此偏移。
[0115]
现在，通过将光谱点(v
n
,i
n
)的每个频率值v
n
除以在位置(x,y)处的传感器元件的校正量k
xy
来迭代地校正测量光谱的频率轴，从而改变光谱点(v
n
/k
xy
,i
n
)。
[0116]
为此，进行校正量k
xy
的迭代变化并且为每个传感器元件计算用k
xy
修正的光谱与模拟光谱的相关性。图15示出图14中所示光谱随校正量k
xy
变化的相应相关性。在所示示例中对于k
xy
＝0.9973099产生最大相关性。
[0117]
图16示出模拟光谱与用求取的校正值k
xy
＝0.9973099修正的测量光谱的比较。可以看出(与图14相反)模拟光谱的峰与校正的测量光谱的峰重合。
[0118]
根据本发明，求取的校正量函数用于校正借助ftir测量装置的ir探测器的不同传感器元件测量的样本光谱，以获得样本的频率校正的高光谱图像(图17)。为了求取高光谱图像，首先对于红外探测器的每个传感器元件借助传感器元件记录具有等距扫描栅格a
xy
的干涉图ifg
pxy
。通过干涉图ifg
pxy
的傅立叶变换求取具有频率轴的光谱s
xy
(ν)。根据本发明，每个传感器元件的光谱s
xy
(ν)用校正量函数k
f
(x,y)校正。
[0119]
在此可在计算的光谱中、即在傅立叶变换之后(如图18所示的变型方案i和ii)进行校正，或在记录和随后的傅立叶变换期间(如图19所示的变型方案iii和如图20所示的变型方案iv)进行校正：
[0120]
通过用相应的校正量拉伸每个光谱的频率轴，即每个频率或波数乘以相应的系数(变型方案i)，可在频率轴中校正每个传感器元件的各个光谱。这首先确保各个传感器元件的光谱中的频率栅格不再相同。但可通过可能的插值使光谱恢复到相同的频率栅格。
[0121]
在变型方案ii中，光谱相对于频率轴偏移相应的校正量k
xy
。
[0122]
在变型方案iii中，在记录干涉图时已经考虑校正量k
xy
，其方式是，对于预期频率轴压缩的传感器元件，干涉图用栅格a
xy
＝a0/k
f
(x,y)来扫描，该栅格与理论上用位于光轴上的传感器元件进行测量所需的扫描栅格a0相比被拉伸。通过傅立叶变换计算光谱s
xy
的强度值i
n
。然后为计算的强度值i
n
确定相关的频率：ν
n
＝n/(n*a0)。在此a0用作扫描栅格的值。该操作方式确保所有传感器元件的光谱都经过频率校正并且也具有相同的频率栅格。具有δν＝1/(n*a0)的等距频率栅格扩展到从0到(n/2
‑
1)*δν范围内的所有光谱。在此n表示每个干涉图中记录的点数[4]。
[0123]
在变型方案iv中，干涉图是用扫描栅格a0记录的。校正是通过单独计算每个光谱s
xy
的频率轴来完成的，因此对每个光谱来说产生从0到(n/2
‑
1)*δν
xy
的等距频率栅格且δν
xy
＝1/(n*a0*k
f
(x,y))。
[0124]
在所有变型方案中获得高光谱图像，其中考虑了不同传感器元件相对于ftir测量装置的光轴的定位的影响。
[0125]
文献列表
[0126]
[1]robert john bell，
[0127]
入门级傅里叶变换光谱，
[0128]
学术出版社，1972
[0129]
[2]e.v.lowenstein
[0130]
傅立叶光谱：简介，阿斯彭傅里叶光谱学国际会议。
[0131]
1970,p.3,afcrl
‑
71
‑
0019,5jan.1971,spec.rep.no.114
[0132]
[3]peter r.griffith,james a.de haseth
[0133]
傅里叶变换红外光谱法
[0134]
化学分析第83卷，第32
‑
39页，
[0135]
[4]wernerherres和joerngronzolz，了解ftir数据处理附图标记列表
[0136]
1ir源
[0137]
2反射镜
[0138]
3干涉仪
[0139]
3a分束器
[0140]
3b、3c反射镜
[0141]
4显微镜光学器件
[0142]
4a反射镜
[0143]
4b半反射镜
[0144]
5样本位置
[0145]
6ir探测器
[0146]
7ir探测器的传感器元件
[0147]
(x,y)ir探测器的传感器元件的位置
[0148]
k
xy
在位置(x,y)处的传感器元件的校正量
[0149]
k
f
(x,y)校正量函数
[0150]
v
xy
光谱中选定的吸收峰p的实际位置
[0151]
ν
l
光谱中选定的吸收峰p的目标位置
[0152]
r
xy
由在位置(x,y)处的传感器元件测量的参考样本的光谱
[0153]
s
sim
参考样本的模拟光谱
[0154]
s
xy
(v)由在位置(x,y)处的传感器元件测量的样本的光谱
[0155]
ifg
pxy
由在位置(x,y)处的传感器元件测量的、具有等距扫描栅
[0156]
格a
xy
的样本的干涉图
[0157]
a
xy
用于借助在位置(x,y)处的传感器元件测量样本的干涉图的扫描栅格
[0158]
a0基本扫描栅格；优选选择为使得对于轴向平行的射线整个光谱位于从0到v
max
的光谱范围内
[0159]
v
max
可用特定扫描栅格记录的最大频率
[0160][0161]
(v
n
,i
n
)样本的光谱s
xy
(v)内的光谱点
[0162]
i
n
样本的光谱s
xy
(v)内第n个光谱点的强度(在频率位置v
n
处)
[0163]
n干涉图中记录的点数