第32卷，第3期 2012年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.32,No.3,pp849-853
March,2012
中阶梯光栅光谱仪信号光斑位置的质心提取算法何森1-2，唐玉国1，陈少杰1-2，巴音贺希格"，崔继承1-2
1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2.中国科学院研究生院，北京100049
摘要中阶梯光栅光谱仪二维谱图中，信号光斑位置的提取精度直接影响光谱分析精度，是中阶梯光棚光谱仪研制中的关键间题之一。为保证中阶梯光栅光诺仪的高分辨率特征（其分辨率一般为几千以上，本仪器光诺分辨率为15000)，信号光班的位置提取误差应小于0.03mm(小于2个像素），在分析中阶梯光栅光谱仪谱图待征的基础上，提出了一种基于质心法的信号光斑位置提取算法，即通过搜索信号光斑探测窗口进行光斑判读以及信号光班质心计算，实现了信号光斑位置的精确读取。实验结果表明，采用该算法可以有效地去除噪声光斑的干扰，实现信号光斑位置的快速精确读取，位置提取误差小于2个像索，波长误差小于 0.02nm，满足本仪器要求。
周中阶梯光辑光谱仪；二维光谱；质心计算；交叉色收
关键调
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)03-0849-05
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
光斑弥散情况不同，而且仪器构件带来的杂光以及探测器的随机噪声都会形成噪声光斑，对信号光斑的准确判别和读取造成影响。为保证光谱分析的精度，必须建立有效算法，对
中阶梯光棚光谱仪是高分辨率、宽波段范围、全谱直读的新型高端光谱分析仪器，它以高色散、全波闪爆的中阶梯光栅为核心分光器件，以普通光栅或校镜作为横向色散元件，经交叉色散后在像面形成二维重叠光谱，采用面阵探测器进行接收。与传统光谱分析仪器相比，中阶梯光栅光谱仪具有体积小、分辨率高、全谱瞬态直读的优点，是光谱谐分析仪器的发展趋势之一L.，在原子光谱分析、等离子体光谱分析、微量物质探测、大气监测、宇宙探索等领域都有广阔的应用前景(37)。
由于中阶梯光栅光谱仪通过交叉色散形成二维重叠光谱图像，实现光谱分析的基础是二维谱图还原技术，即由二维重叠光谱图像提取一维光谱信息的过程，文献[8］通过建立谱图数据模型，将图像中的像素位置与波长相对应，实现了二维图像到一维光谱信息的转换，旨在实现全谱快速判读与分析。但是，全谱快速判读与分析的准确度取决于信号光斑位置坐标的读取精度，其读取误差直接影响波长标定精度以及仪器的分辨率。因此，信号光斑位置坐标的精确读取是中阶梯光栅光谱仪进行光谱分析的关键技术之一。在中阶梯光栅光谱仪光学系绕中，由于像差的影响，二维谱图中各信号
二维谱图中的信号光班和噪声光斑进行甄别，并确定信号光斑位置坐标。目前，国内对中阶梯光栅光谱仪的研制和信号处理尚处于起步阶段"，国外的文献也较少介绍具体算法方面的内容。鉴于此，从自主开发中阶梯光栅光谱仪的实际需求出发，根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特征，提出了一种基于质心法的信号光斑提取算法，以快速判别信号光斑，并通过计算光斑质心实现光斑位置的精确读取。通常以计算光斑质心表征光斑位置多见于CCD光斑位置提取，计算精度高、稳定性好、处理速度快，作为基础算法成功应用于空间光通信APT技术、高精度星敏感器、Hartman波前传感器等技术(10-12)，但是，尚未见到用于光谱分析的实例。通过本工作表明，将用于图像处理的方法与中阶梯光栅光谱仪的二维谱图待征相结合，能够快速判别信号光斑并精确计算其位置，并可以有效去除噪声光斑的干扰，位置提取误差较小，满足中阶梯光栅光谱仪二维谱图还原技术要求。
中阶梯光栅光谱仪原理
1光谱仪结构及谐图特征 1.1
收稿日期：2011-06-14，修订日期：2011-10-30
基金项目：国家创新方法工作专项项目(20081M040700），吉林省重大科技攻关项目（09ZDGG006）和吉林省科技支撑计划项目（20106011)资助
作者简介：何泰，女，1986年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕土研究生
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