第36卷，第6期 2016年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
中阶梯光栅光谱仪谱图背景去除算法
Vol. 36 ,No. 6 ,pp1925-1929
June,2016
尹禄12，巴音贺希格1，姚雪峰"，崔继承"，朱继伟"，张锐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.中国科学院大学，北京100049
摘要中阶梯光栅光谱仪凭借交叉色散特性实现全谱瞬态直读，面阵探测器接收的二维光谱图像需要还原成一维谱图以提取有效波长，由于二维谱图含有庞大的数据，且有效信息仅占极小比例，因此在谱图还原前进行背景去除能够减小数据量、提高运算速度。详细分析了中阶梯光栅光谱仪二维图像的特点，并针对其特点提出了背景去除算法。将图像边缘检测方法应用于弥散光斑的检测中，选择合适的边缘检测算子与原始图像卷积得到边缘图像，设置边缘图像的全局阔值对其进行二值分制，最终利用二值边缘图像映射原始图像得到去除背景的二维谱图，依据不同元素灯在不同积分时间下所拍摄的谱图，对比不同边缘检测算法的背景去除效果，分析了各算子对算法速度、精度的影响。实验结果表明本文提出的算法运算简单、边缘图像阔值易于计算、目标提取精度高，处理后的图像可以与谱图还原算法有效对接，谱图处理速度显著提升。
关键调中阶梯光栅光谱仪；图像处理；背景去除；边缘检测；图像分制
中图分类号：TH744
文献标识码：A
引言
DOI: 10, 3964 /j. issn, 1000-0593(2016 )06-1925-05
标和背景的边缘从而提取目标信息、去除背景。虽然中阶梯光础光谱仪的图像复杂多变，但有效光斑强度始终大于其周围的背景强度，可以通过检测边缘即检测灰度值突变较大的
中阶梯光栅光谱仪凭借着其在分辨率、光谱获取速度、能量传输效率、体积等方面的优势成为光谱分析仪器领域研究的热点与重点-。受中阶梯光栅制作工艺和大面积面阵探测器技术的限制，中阶梯光栅光谱仪的研究正式起步于20 世纪90年代，自2004年德国第一台商品化中阶梯光栅光谱仪问世以来，国外相继研究出了很多产品[3-4]，随着国外中阶梯光栅光谱仪的应用从天文转向民用，我国近期也开展了相关研究并于2008年研制出第一台原理样机5了，但关于其谱图处理方面的研究进展缓慢，鲜有文献报道。
中阶梯光栅光谱仪二维谱图包含庞大的数据信息且有效
数据所占比例极低，为了提升图像处理效率，需要在谱图还原前对二维谱图进行图像分制，选择普适的背景去除算法，保留有效光斑、去除背景噪声。由于中阶梯光栅光谱仪所拍摄图像随着待测物质、积分时间、实验环境的不同而变化，给背景去除算法的设计提出了难题。
数字图像的边缘指灰度值发生剧烈变化的像素的集合
边缘检测是数字图像处理的关键内容，通过相关算法检测目收稿日期：2015-04-20，修订日期：2015-08-11
位置从而达到提取有效光斑的目的。边缘检测一般应用于不便利用全局阔值分制的图像，通过设计边缘检测器作用于原始图像，得到易于阅值分制的边缘图像，最后将分制后的边缘图像映射原始图像得到背景去除后的目标图像。目前，国内外对边缘检测算法的研究已相当成熟，并以检测目标与背景突变边缘、设全局阅值分割边缘图像为算法内核行生出了很多应用针对性强的算法-8
鉴于此，本文在分析中阶梯光栅光谱仪二维谱图的基础上提出了一种适合其谱图特性的边缘检测器及边缘图像阔值设置方法，能够在谱图还原之前对二维谱图进行预处理，分判有效光斑和谱图背景。处理后的谱图只存留有效波长对应的光斑信息，减小了后续谱图还原的数据量，显著提升了图像处理的速度，
申阶梯光光谱权谱图的特殊性
中阶梯光栅光谱仪二维谱图包含了全部光谱信息，需要
基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项项目（2014YQ120351），国家重大科研装备研制项目(ZDYZ2008-1)和吉林省科技发展计划项目
(20140203011GX)资
作者简介：尹禄，1989年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博土研究生
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