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ERT光譜共焦傳感器信號數(shù)據(jù)處理

光譜信息處理的最終目的是為了得到峰值波長，但是光纖耦合器的內(nèi)部回光、光源光強(qiáng)分布的不均勻、CCD 對不同波長光響應(yīng)程度的不同、系統(tǒng)的噪聲等因素都會對譜峰定位造成影響，需要進(jìn)行預(yù)處理后再用適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ崛》逯挡ㄩL。

在光譜儀中得到的光譜信息包括光纖內(nèi)部返回的背景光和從被測物表面返回的信號光。為了得到有用的信號光，首先需要對背景光進(jìn)行采集，然后從光譜儀得到的數(shù)據(jù)中減去背景光。此外還要考慮光源光譜光強(qiáng)分布不均勻的影響。加入光源光譜特性后的光譜光強(qiáng)分布圖，從圖中可以看出峰值波長發(fā)生了偏移，所以需要對光源光強(qiáng)進(jìn)行歸一化處理。另外由于傳感器在各個(gè)環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，所以需要進(jìn)行光譜去噪，常用的光譜去噪方法有中值濾波、小波函數(shù)濾波等，比較了不同的濾波方法后，最終選擇了用 db6 小波進(jìn)行 6 次分解強(qiáng)制消噪，因?yàn)榻?jīng)過其濾波處理后譜峰定位的重復(fù)性較好。

由于光譜儀中 CCD 像元有一定尺寸，相當(dāng)于對原始的光譜進(jìn)行了離散采樣，所以可能會出現(xiàn)漏峰的情況。如果使用原始光譜數(shù)據(jù)中的最大值作為峰值波長會影響定位的精度，因此需要選用合適的算法對譜峰位置進(jìn)行確定。質(zhì)心法是常用的峰值定位算法，適用于處理關(guān)于峰值位置對稱的光點(diǎn)信號，質(zhì)心法公式為

半透明材質(zhì)光斑周圍的漫反射光被小孔阻擋無法返回到光譜分析儀，不會影響測量。這種方法和全息原理相似，理論上每一束經(jīng)過小孔返回的光都攜帶了距離信息，透明表面或鏡面也會反射一部分光回去，所以透明材質(zhì)也可以測量。采用同軸檢測，發(fā)射光和返回光在同一軸線上，避免因全反射導(dǎo)致的回光不足問題。光譜共焦傳感器可以用于檢測鏡面被測物。鏡面物體大角度測量的影響

       光譜共焦位移傳感器是一種通過光學(xué)色散原理建立距離與波長間的對應(yīng)關(guān)系，利用光譜儀解碼光譜信息，從而獲得位置信息的裝置，如圖 1 所示，白光LED 光源發(fā)出的光通過光纖耦合器后可以近似看作點(diǎn)光源，經(jīng)過準(zhǔn)直和色散物鏡聚焦后發(fā)生光譜色散，在光軸上形成連續(xù)的單色光焦點(diǎn)，且每一個(gè)單色光焦點(diǎn)到被測物體的距離都不同。當(dāng)被測物處于測量范圍內(nèi)某一位置時(shí)，只有某一波長的光聚焦在被測面上，該波長的光由于滿足共焦條件，可以從被測物表面反射回光纖耦合器并進(jìn)入光譜儀，而其他波長的光在被測物面表面處于離焦?fàn)顟B(tài)，反射回的光在光源處的分布遠(yuǎn)大于光纖纖芯直徑，所以大部分光線無法進(jìn)入光譜儀。通過光譜儀解碼得到光強(qiáng)最大處的波長值，從而測得目標(biāo)對應(yīng)的距離值。由于采用了共焦技術(shù)，因此該方法具有良好的層析特性，提高了分辨力。