第32卷，第12期 2012年12月
青分，析
光谱学与光谱
Spcctroscopy and Spectral Analysis
Vol. 32, No. 12, pp3429-3432
December, 2012
数字微镜光谱仪的互补S编码矩阵的设计及实验
张智海，高玲肖，郭媛君，王伟，莫祥霞 1.重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044
2.重庆大学新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室，重庆400044
摘要数字微镜光谱仪在应用中编码矩阵的选取至关重要。最佳的理论编码矩阵H矩阵存在非循环、编码复杂、双光路系统实现困难的间题而得不到广泛应用；面最佳实用S矩阵较H矩阵信噪比提高优势略逊。为此本文针对数字微镜光谱仪设计了一种互补S编码矩阵，介绍了其构造、实现过程以及对杂光和暗电流噪声的前弱作用，通过对其噪声改善程度理论的分析，说明该算法结合了H矩阵与S矩阵的优点，达到
了理论与实用的双优。经实验验证，该算法较S矩阵编码模板信噪比提高了2.05倍。关键词数字微镜光谱仪；互补S矩阵；噪声分析；信噪比
中图分类号：TH744.1：TH741
引言
文献标识码：A
哈达玛变换技术是一种通过对光谱进行组合测量，增大光通量，进而提高信噪比的数字光谱调制技术3。编码技术是其在应用中首要考虑的问题，目前较为常用的哈达玛编码矩阵有两种：H矩阵和S矩阵]。具有较高信噪比的H矩阵由于存在非循环，编码复杂，双光路系统难于实现的缺点面得不到广泛应用；S矩阵虽然实现了可循环编码，简单易行，但其信噪比提升仅为H矩阵的一半。随着数字技术在光谱仪领域的推广，国内外
-直致力于编码技术的研究，以期
能够编制一种更优的矩阵模板，在简单易行的基础上，进步彰显哈达玛技术对于微弱信号处理信噪比提升的优势。近年来，国内的华中理工大学、中国科学院长春光学精密与物理研究所以及西安光学精密机械研究所等先后提出了一维二维循环双编码构型、光刻编码模板技术以及标识编码解码方法，验证了哈达玛技术对于微弱信号处理信噪比的有效提高，但这些研究一直拘泥于原始的哈达玛S矩阵，并未提出新的编码矩阵方案(35)。然而国外却开始了对于新的编码矩阵的探究：AndreasWutting"通过增加编码矩阵中的0元索，编制了一种稀疏编码矩阵，从而削弱噪声干扰，达到提高仪器信噪比的要求，但其同时降低了仪器的灵敏度，仅适用于光强较大的情况，Lalush等运用混合噪声与编码矩阵的相关性，创建了一种用于多通道成像系统的数学矩阵模
收稿日期：2012-06-19，修订日期：2012-09-05
DOl; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)12-3429-04
型，通过仿真，证明在一定的混合噪声水平上，这种模型优于哈达玛S矩阵，但其并未进一步通过可行性实验对此进行验证；Streeter将H矩阵进行分解，编制了一种全哈达玛矩阵，结合参考光路，解决了光源波动对哈达玛光谱仪的影响，但其存在双光路系统复杂，难于实现，体积大等不足。
本研究针对数字微镜(DMD)为核心的微小型近红外光谱仪，设计了63阶互补S矩阵编码模板，进行单探测器微弱信号的测量，具有以下优点：
(1)采用互补S矩阵为编码模板，结合了H矩阵与S矩阵的优点，系统构型简单，易于实现，且有效提高了仪器的信噪比，实现了理论与实用的双优结合。
(2)将互补S矩阵编码于DMD，不仅克服了机械步进控制以及液晶调制器的不足[-]，使得系绕没有可动部件，加快了调制速度，面且对光谱进行组合测量，使得光谱的探测可以由单点探测器完成，避免了线阵探测器非均勾性的影响。
光谱监测系统结构及工作原理
本文设计的光谱监测系统用固定单面内摊光概进行分光，以德州公司的DMD面阵列为核心调制器件，采用EOS 公司的PbS-050近红外单点探测器进行微弱光谱的探测，其结构原理如图1所示。
光谱监测系统（如图1中所示）；光源出射的光，经过准
基金项目：国家自然科学基金项目（61274048)，中央高校基本科研业务费（CD)ZR10120017）和重庆大学研究生创新基金项目
(CDJXS12120002)资助
作者商介：张智海，1975年生，重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室副教授万方数据
e-mail;zzhincq@163.com