【CN110006829A】一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910183574.X

(22)申请日 2019.03.12

(71)申请人 浙江工业大学

地址 310014 浙江省杭州市下城区朝晖六

区潮王路18号

(72)发明人 陈朋　韩洋洋　严宪泽　

(74)专利代理机构 杭州斯可睿专利事务所有限

公司 33241

代理人 王利强

(51)Int.Cl.

G01N 21/27(2006.01)

(54)发明名称

一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方

法

(57)摘要

一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方

法，涉及光谱仪标定技术领域，解决了微型光谱

仪缺少一种简单、快速、精确标定的问题。所述方

法包括以下步骤：1)获取汞氩标准光源的光谱图

像；2)自动寻找极大值，提取标准定标光源的已

知特征谱线与谱线峰值对应的像素点并进行匹

配；3)利用最小二乘法将像素序号和所对应波长

进行多项式拟合；4)将拟合之后的多项式系数存

储到光谱仪中。本发明提供一种简单、快速、准确

地标定微型光谱仪的基于最小二乘法的微型光

谱仪标定方法。权利要求书3页 说明书5页 附图2页CN 110006829 A 2019.07.12

C N 110006829

A

1.一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)获取汞氩标准光源的光谱图像；

2)自动寻找极大值，提取标准定标光源的已知特征谱线与谱线峰值对应的像素点并进行匹配；

3)利用最小二乘法将像素序号和所对应波长进行多项式拟合；

4)将拟合之后的多项式系数存储到光谱仪中。

2.根据权利要求1所述的一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法，其特征在于，所述步骤1)中，获取汞氩标准光源的光谱图像，包括如下步骤：

1.1)汞氩灯通过光纤连接微型光谱仪，微型光谱仪连接计算机；

1.2)用户通过微型光谱仪上位机软件调节微型光谱仪的积分时间，对照汞氩标准光源光谱图，获取一个合适的汞氩标准光源定标光谱图像。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法，其特征在于：的过程如下：

2.1)提取标准定标光源的已知特征谱线与谱线峰值对应的像素点，首先用户需要设定一个阈值，阈值为光谱仪量程最大值的10％左右，上位机会根据p(n -1)≤p(n)≤p(n+1)找出标准定标光源的谱线峰值，此时找到的谱线峰值并不都是有效的，上位机会根据用户设定的阈值剔除掉一部分特征谱线；

2.2)标准定标光源的已知特征谱线峰值波长和对应的像素点进行匹配，用户对照定标光源的已知特征谱线峰值图，根据已知特征谱线峰值波长输入对应的像素点进行匹配。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法，其特征在于：所述步骤3)中，利用最小二乘法将像素序号和所对应波长进行多项式拟合，包括以下步骤：

3.1)建立像素序号和对应波长的非齐次方程组

给定函数y＝f(x)，x 1，x 2，x 3…x n 为提取的像素序号，y 1，y 2，y 3…y n 为像素序号所对应的波长，为了拟合多项式p(x)＝a 0+a 1x+a 2x 2+…+a k x k ，按照偏差平方和最小的原则，

使得

其中，k为所拟合多项式的最高阶数，a 0,a 1,a 2…a k 为多项式所对应的系数；

3.2)求解拟合曲线多项式系数a 0,a 1,a 2......a k 的值

通过以上步骤即可算出多项式的系数，多项式拟合法的波长定标精度受到两个关键点的制约：一是拟合多项式的次数；二是参与拟合的波长和像素对的选取方法；多项式拟合采用5次多项式拟合，波长和像素对的选取要注意选取的特征值要尽量均匀的覆盖全部像素点，那么标定之后，任意x编号的像素和所对应波长λ关系如(8)所示：

λ(x)＝a 0+a 1x+a 2x 2+a 3x 3+a 4x 4+a 5x 5 (8)。

5.根据权利要求4所述的一种基于最小二乘法的微型光谱仪标定方法，其特征在于：所述步骤3.1)中：

对等式(1)两边分别对a 0,a 1,a 2…a k 求偏导，得到k+1个等式，如(2)所示：

权　利　要　求　书1/3页2CN 110006829 A