一种针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法与流程

1.本发明涉及光谱仪器技术领域，尤其涉及一种针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法。


背景技术：

2.目前对于光谱仪器来说，光谱分辨率是十分关键的指标，光谱分辨率指能够分辨的最小波长间隔，现有技术对于光谱分辨率的常用获取方法是瑞利判据，瑞利判据指出：能分辨开的两点间的间距等于艾里斑半径，也意味着两个点的衍射图部分重合在一起，一个衍射图的中心与另一个衍射图的第一暗环重合，在这两个点的衍射图光强分布曲线的合成曲线中，光强最大值与最小值相差26％。
3.但对于单透镜光谱装置来说，却无法直接利用瑞利判据进行光谱分辨率的计算，现有技术中也并没有针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法，该方法能针对单透镜光谱装置准确的获取光谱分辨率，计算过程高效简单，克服了单透镜光谱获取装置无法直接利用瑞利判据进行光谱分辨率分析的缺点。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法，所述方法包括：
7.步骤1、首先利用单透镜光谱装置采集包含各波段准焦像和离焦像的图像；
8.步骤2、根据所采集的图像中一个像元内准焦波长与离焦波长的衍射能量集中度来计算得到单透镜光谱装置的光谱分辨率，具体来说：
9.将准焦波长λ1在最大焦深时采集的强度值与在离焦波长λ2焦点位置采集的强度值相等的情况定义为临界条件，并以此为依据进行光谱分辨率的计算；
10.其中，d表示准焦波长λ1的焦深，f(λ1)和f(λ2)分别是准焦波长λ1和离焦波长λ2的焦点位置；
11.当准焦波长λ1在最大焦深位置时的强度与在f(λ2)位置的强度相等时，定义为临界条件，此时的波长差即为光谱分辨率δλ，具体为：
12.δλ＝λ2‑
λ1。
13.由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能针对单透镜光谱装置准确的获取光谱分辨率，计算过程高效简单，克服了单透镜光谱获取装置无法直接利用瑞利判据进行光谱分辨率分析的缺点。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
15.图1为本发明实施例提供的针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法流程示意图；
16.图2为本发明实施例所述光谱采集的示意图；
17.图3为本发明实施例所述单透镜光谱装置的采集过程示意图。
具体实施方式
18.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
19.如图1所示为本发明实施例提供的针对单透镜光谱装置的光谱分辨率获取方法流程示意图，所述方法包括：
20.步骤1、首先利用单透镜光谱装置采集包含各波段准焦像和离焦像的图像；
21.步骤2、根据所采集的图像中一个像元内准焦波长与离焦波长的衍射能量集中度来计算得到单透镜光谱装置的光谱分辨率，具体来说：
22.将准焦波长λ1在最大焦深时采集的强度值与在离焦波长λ2焦点位置采集的强度值相等的情况定义为临界条件，并以此为依据进行光谱分辨率的计算；
23.如图2所示为本发明实施例所述光谱采集的示意图，d表示准焦波长λ1的焦深，f(λ1)和f(λ2)分别是准焦波长λ1和离焦波长λ2的焦点位置；
24.当准焦波长λ1在最大焦深位置时的强度与在f(λ2)位置的强度相等时，定义为临界条件，此时的波长差即为光谱分辨率δλ，具体为：
25.δλ＝λ2‑
λ1。
26.具体实现中，如图3所示为本发明实施例所述单透镜光谱装置的采集过程示意图，假设单透镜光谱装置的透镜直径为2a，在波长为λ时对应的焦距为f，以原点为焦点位置，建立三维坐标系；
27.引入两个无量纲常量：
[0028][0029]
其中，z表示光轴上的离焦量；x,y表示像在垂直于光轴面上的位置；
[0030]
已知光束通过透镜后在光轴上的强度表达式为：
[0031][0032]
透镜的焦距表示为：
[0033][0034]
其中，n表示透镜折射率；r1、r2表示透镜的曲率半径，在透镜参数确定后，相应曲率半径也确定，为常数；
[0035]
对于不同的波长，透镜折射率n是不相同的，利用柯西色散公式进行计算，表示为：
[0036][0037]
其中，a、b、c表示柯西系数，可以通过计算得到，具体是根据不同波长对应的折射率进行拟合得到；
[0038]
根据上式可知，焦距f与波长λ的关系表示为：
[0039][0040]
上式中，定义r＝(1/r1‑
1/r2)，以方便表述；
[0041]
从而得出焦距变化量
△
f和波长变化量
△
λ的关系为：
[0042]
δf＝f'(λ)δλ
ꢀꢀꢀ
(6)
[0043]
其中，f’(λ)是由透镜参数所决定的，对应公式(5)的导数，表示焦距随波长变化的变化率；
[0044]
由于
[0045][0046]
其中，
[0047][0048]
其中，u1和u2分别是波长λ1在最大焦深位置以及波长λ2对应的焦点位置时的u值；
[0049]
将式(8)带入式(7)并进行化简，得到：
[0050]
[0051]
其中，z2‑
z1＝f(λ2)
‑
f(λ1)＝
△
f；z1和z2分别表示波长λ1和波长λ2对应的焦点位置；
[0052]
则根据式(9)和式(6)得到光谱分辨率δλ表示为：
[0053][0054]
其中，d表示准焦波长λ1的焦深，f(λ1)和f(λ2)分别是准焦波长λ1和离焦波长λ2的焦点位置；
[0055]
结合公式(10)和公式(6)推导得知光谱分辨率δλ表示为：
[0056]
δλ＝
△
λ＝λ2‑
λ1。
[0057]
另外，上述准焦波长λ1的焦深d≈2fp；
[0058]
其中，f＝f/2a，表示系统的f数；p表示探测器的像元大小；
[0059]
故影响光谱分辨率的参数包括：f、p以及f’(λ)；
[0060]
其中，f和f’(λ)都是由单透镜光谱装置的透镜参数所决定的，p是由选用的探测器决定的。
[0061]
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0062]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。