光斑在线标定方法

本发明属于光谱仪技术领域，尤其涉及一种光斑在线标定方法。

背景技术：

快照成像光谱仪在实际使用过程中，为了避免光谱条带之间产生重叠，需要让微透镜阵列沿光轴旋转一个角度才能避免重叠，此时三维谱图数据在ccd探测器上存在彼此交错，如图1所示。而光学设计软件无法同时对数千个微透镜单元色散的光谱进行追迹，以及理论设计与实际仪器存在偏差，传统标定方法费时费力且适用性不高。

技术实现要素：

本发明为解决上述问题，实现微透镜阵列型快照成像光谱仪的光谱定标，提供一种光斑在线标定方法，包括如下步骤：

s1：探测器对靶面进行图像采集；

s2：选取全靶面波长为λ1的光斑矩阵，所述光斑矩阵内有m×n个光斑；

s3：分别对第一排第一列点坐标为(x1，y1)、第m排第一列点坐标为(xm，y1)、第一排第n列点坐标为(x1，yn)的光斑点进行质心计算，计算结果分别为三个光斑点的精确坐标(x1，y1)、(xm，y1)、(x1，yn)；

s4：所述光斑矩阵根据已知光斑点的精确坐标和步长确定所述波长为λ1的光斑矩阵中每个光斑点的坐标，其中，为光斑矩阵横行方向上每个光斑点之间的步长，为光斑矩阵竖列方向上每个光斑点之间的步长；

s5：根据坐标点(x1，y1)手动找到波长为λ2的亮点坐标(x'1，y'1)，并根据质心计算法得出其精确坐标(x'1，y'1)；

s6：计算δx＝x1-x′1，δy＝y1-y′1，根据δx、δy、波长为λ1的光斑矩阵各光斑坐标得出波长为λ2的光斑矩阵全部坐标，

其中，δx为波长为λ2的光斑点对应长λ1的光斑点横行方向的步长差值，δy为波长为λ2的光斑点对应长λ1的光斑点竖列方向的步长差值；

s7：根据所述步骤s5和s6的计算方式找到波长范围在[500,600]nm内的全部光斑坐标；

其中λ1、λ2∈[500,600]nm且λ1＜λ2。

优选的，步骤s7中可以选择波长为λ3的光斑矩阵，其中，λ1＜λ3，包括如下步骤：

步骤a：根据坐标点(x1，y1)手动找到波长为λ2的亮点坐标(x″1，y″1)，并根据质心计算法得出其精确坐标(x″1，y″1)；

步骤b：计算δx′＝x1-x″1，δy′＝y1-y″1，根据δx′、δy′、波长为λ1的光斑矩阵各光斑坐标得出波长为λ3的光斑矩阵全部坐标，

其中，δx′为波长为λ3的光斑点对应长为λ1的光斑点横行方向的步长差值，δy′为波长为λ3的光斑点对应长为λ1的光斑点竖列方向的步长差值。

优选的，所述λ1＝546.07nm，λ2＝576.96nm，λ3＝579.04nm。

优选的，所述光斑的灯源为汞灯。

优选的，所述步骤s4中，光斑坐标的质心计算包括进行11×11的区域划分。

优选的，所述步骤s5光斑坐标的质心计算包括进行5×5的区域划分。

有益效果：本方法对不同波段光谱同时精确定标，利用其中一个波长光斑的精确位置确定其他光斑波长的精确位置，例如确定546.07nm波长光斑精确位置，逐步计算576.96nm、579.07nm波长光斑的精确位置。

快照式视频成像光谱仪光谱定标时探测器靶面采集图像光斑数量众多，光斑密集，光学畸变导致的光斑位置偏移，且576.96nm、579.07nm两个波长光斑能量相似，位置接近，因此精确找到光斑的空间位置与光谱位置关系是一个难题。本方法可有效避免全靶面上546.07nm、576.96nm、579.07nm波长光斑的混淆，也就是说，本发明针对相近的波长光斑矩阵的光斑位置计算有这不易混淆的特点，计算后三个波长的光斑坐标真实可靠。

本方法为采用自适应的在线定标方法，具有客观性，可减少人为干扰。本方法精度较高，相较于传统方法采用人工定标的方式，人眼分辨率最多到0.5个像素，而本方法分辨率可达0.1个像素。

附图说明

图1为ccd探测器获取的三维谱图；

图2为本发明一种实施例的探测器靶面图像采集图；

图3为本发明一种实施例的546.07nm波长中的某一光斑a、576.96nm波长中的某一光斑b、579.07nm波长中的某一光斑c的坐标的位置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，本文使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件或零件，但这些部件或零件不受这些术语的限制。这些术语仅用来区别一个部件或零件与另一部件或零件。术语诸如“第一”、“第二”和其他数值项在本文使用时不是暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。为了便于描述，本文使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“上部的”、“左”、“右”等，以描述本实施例中部件或零件的方位关系，但这些空间相对术语并不对技术特征在实际应用中的方位构成限制。

微透镜阵列型快照成像光谱仪在使用二维光电探测器获取三维光谱数据立方体时，三维谱图数据在ccd探测器上彼此交错，传统标定方法为逐个光谱条带的多波长标定，标定过程费时费力。传统单次标定时间需耗费较长时间，并且若微透镜阵列与高光谱成像仪之间发生相对运动则需再次进行标定，无法满足微透镜阵列型快照成像光谱仪模块化便携式的设计的快速在线标定需求，再者，现有技术中，很难针对相近波长的光斑矩阵中的光斑进行坐标的精确计算，如，探测器靶面采集图像的三个波长亮点之间容易混淆，无法对546.07nm、576.96nm、579.07nm三个波长同时精确定标，三个波长相较于单一波长带宽更宽，适用性更广、准确性提高。本发明的目的是实现快照式视频成像光谱仪不同波长的光斑同时精确定标。

如图2至图3所示，一种光斑在线标定方法，包括如下步骤：

s1：探测器对靶面进行图像采集；

s2：选取全靶面波长为λ1的光斑矩阵，所述光斑矩阵内有m×n个光斑；

s3：分别对第一排第一列点坐标为(x1，y1)、第m排第一列点坐标为(xm，y1)、第一排第n列点坐标为(x1，yn)的三个光斑点进行质心计算，计算结果分别为三个光斑点的精确坐标(x1，y1)、(xm，y1)、(x1，yn)；

s4：所述光斑矩阵根据已知光斑点的精确坐标和步长确定所述波长为λ1的光斑矩阵中每个光斑点的坐标，其中，为光斑矩阵横行方向上每个光斑点之间的步长，为光斑矩阵竖列方向上每个光斑点之间的步长；

s5：根据坐标点(x1，y1)手动找到波长为λ2的亮点坐标(x'1，y'1)，并根据质心计算法得出其精确坐标(x'1，y'1)；

s6：计算δx＝x1-x′1，δy＝y1-y1′，根据δx、δy、波长为λ1的光斑矩阵各光斑坐标得出波长为λ2的光斑矩阵全部坐标，

其中，δx为波长为λ2的光斑点对应长为λ1的光斑点横行方向的步长差值，δy为波长为λ2的光斑点对应长为λ1的光斑点竖列方向的步长差值；

s7：根据所述步骤s5和s6的计算方式找到波长范围在[500,600]nm内的全部光斑坐标；

其中λ1、λ2∈[500,600]nm且λ1＜λ2。

本方法的具体操作为：首先，寻找汞灯下的波长为λ1的光斑矩阵，该矩阵坐标点的标记方法为第一排第一列点坐标为(x1，y1)、第m排第一列点坐标为(xm，y1)、第一排第n列点坐标为(x1，yn)，并以此类推。这些初始坐标都为粗坐标，也就是人工找到的，并不精确，需要通过质心提取法计算出精确坐标，算出精确坐标后，如图2所示，矩阵的横轴方向和纵轴方向和实际的水平向上有角度，所以上述步骤中所述的步长方向不是实际的水平方向和竖直方向，而是矩阵的横行方向为横向，矩阵的竖列方向为纵向，为矩阵中每个光斑横向上步长，为矩阵中每个光斑纵向上步长，通过已经确定(x1，y1)、(xm，y1)、(x1，yn)三个点的精确位置，通过横向、纵向步长确定其他点的坐标。由此推出波长为λ1的光斑矩阵全部光斑的坐标。

接下来针对其他波长的光斑矩阵，首先人工确定光斑矩阵中第一行第一列坐标的粗略位置，然后通过质心提取法算出精确位置，然后计算该点和波长为λ1的光斑矩阵中(x1，y1)的横向距离差距和纵向差距，然后结合λ1的光斑矩阵其点的精确位置，横向和纵向上整体加上或者减去这个距离差距，得到该波长下的光斑矩阵具体位置。

本方法对不同波段光谱同时精确定标，利用其中一个波长光斑的精确位置确定其他光斑波长的精确位置，例如确定546.07nm波长光斑精确位置，逐步计算576.96nm、579.07nm波长光斑的精确位置。

快照式视频成像光谱仪光谱定标时探测器靶面采集图像光斑数量众多，光斑密集，光学畸变导致的光斑位置偏移，且576.96nm、579.07nm两个波长光斑能量相似，位置接近，因此精确找到光斑的空间位置与光谱位置关系是一个难题。本方法可有效避免全靶面上546.07nm、576.96nm、579.07nm波长光斑的混淆，也就是说，本发明针对相近的波长光斑矩阵的光斑位置计算有这不易混淆的特点，计算后三个波长的光斑坐标真实可靠。

上述方法，尽管两个波长为相近波长，也不会存在计算误差，因为计算方式为在线标定，不是人工标定，准确度会更高。

优选的一种实施方式，具体如图3所示，所述步骤s7中可以选择波长为λ3的光斑矩阵，其中，λ1＜λ3，包括如下步骤：

步骤a：根据坐标点(x1，y1)手动找到波长为λ2的亮点坐标(x″1，y″1)，并根据质心计算法得出其精确坐标(x″1，y″1)；

步骤b：计算δx′＝x1-x″1，δy′＝y1-y″1，根据δx′、δy′、波长为λ1的光斑矩阵各光斑坐标得出波长为λ3的光斑矩阵全部坐标，

其中，δx′为波长为λ3的光斑点对应长为λ1的光斑点横行方向的步长差值，δy′为波长为λ3的光斑点对应长为λ1的光斑点竖列方向的步长差值。

优选的一种实施方式，所述λ1＝546.07nm，λ2＝576.96nm，λ3＝579.04nm。

优选的一种实施方式，所述所有波长光斑的灯源为汞灯。

优选的一种实施方式，所述步骤s4中光斑坐标的质心计算包括进行11×11的区域划分，所述步骤s5光斑坐标的质心计算包括进行5×5的区域划分。对于质心的提取计算这里，需要提前对对区域进行划分，第一次计算也就是步骤s4对于基础的λ1的三个光斑点采取11×11的区域划分，后续的其他波长的质心提取计算只需要进行5×5的区域划分即可。

本方法为采用自适应的在线定标方法，具有客观性，可减少人为干扰，另外，本方法精度较高，相较于传统方法采用人工定标的方式，人眼分辨率最多到0.5个像素，而本方法分辨率可达0.1个像素。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。