宽波段高分辨率光谱采集与处理技术研究与实现

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光谱分析技术在金属冶炼、工业检测、环境监测、航空航天等领域中的成分分析及定性定量分析发挥着越来越重要的作用。但随着光谱分析技术的广泛应用,对光谱分析仪器的光谱分辨率、测量速度等性能都提出了更高的要求。鉴于目前宽波段光谱仪的分辨率较低,本论文将对一种宽波段高分辨率的光谱采集和数据处理技术进行研究和实现。研究内容主要如下:首先,本文在对光栅衍射相关理论分析的基础上,对非对称式Czerny-Turner光路系统进行研究和理论建模,并利用光学软件Zemax对该光路系统进行了仿真和理论分析。其次,为高效获取光谱,提出以FPGA为控制和数据处理核心,在FPGA驱动控制下基于线阵CCD实现光谱数据采集、存储、处理与显示。再次,为减小光谱数据中的噪声、提高测量光谱的信噪比,在小波降噪算法的基础上,提出了一种基于小波阈值去噪的混合降噪算法。该方法为在小波分解后的近似系数和细节系数中加入中值滤波,以减小高斯白噪声和脉冲噪声。仿真结果表明,该算法能有效减小光谱信号中的噪声,提高光谱的信噪比。最后,基于所设计的非对称式Czerny-Turner光路结构、光谱采集与处理系统搭建了系统测试平台,同时利用单色仪对获取的光谱进行了波长标定和光谱分析。实验结果表明,在光谱范围为300nm~830nm时,该系统中心波长的光谱分辨率可达0.632nm。
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