本發(fā)明屬于紅外信號(hào)采集與處理領(lǐng)域，具體涉及一種紅外干涉圖重建方法。

背景技術(shù)：

在FTIR光譜儀中，邁克爾遜干涉儀中的分束器將光源發(fā)出的光分為兩束，其中一束經(jīng)分束器反射到干涉儀定鏡，另一束經(jīng)分束器透射到干涉儀動(dòng)鏡。然后分別沿著各自原光路反射回分束器且又被分束器分光，最終產(chǎn)生干涉信號(hào)。由于干涉信號(hào)的采樣位置對(duì)干涉儀中動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)速度非常敏感，運(yùn)動(dòng)速度的微小變化都會(huì)導(dǎo)致干涉圖發(fā)生嚴(yán)重偏差，從而影響復(fù)原光譜的精度。因此，通常利用邁克爾遜干涉儀中動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的光程差來等間隔采樣干涉信號(hào)。在這個(gè)過程中通常使用一個(gè)單色激光作為參考光源來測(cè)量光程差。目前，F(xiàn)TIR光譜儀中主要的干涉圖采樣方法有激光觸發(fā)方法和“Brault”采樣方法。激光觸發(fā)方法由于奈奎斯特采樣定理的限制，采樣頻率較低且對(duì)儀器及硬件的要求較高。而“Brault”提出的采樣方法采用了不同步的計(jì)數(shù)器記錄激光與紅外信號(hào)，不同步的采樣在兩路信號(hào)中增加了延時(shí)，導(dǎo)致后續(xù)處理中需要對(duì)此延時(shí)進(jìn)行校正，且此方法中使用了硬件，增加了儀器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，降低了對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)程度。因此需要研究一種環(huán)境適應(yīng)性好，采樣頻率較高的干涉圖重建方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高儀器信噪比，降低數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度的紅外干涉圖重建方法。

1996年Brault首次提出了利用不同步的獨(dú)立計(jì)數(shù)器記錄激光與紅外干涉信號(hào)，此方法采樣過程比較簡(jiǎn)單，需要處理的數(shù)據(jù)量比較大，這種方法不僅可以提高儀器信噪比，還可以減小采樣誤差。但是其采用了不同步的計(jì)數(shù)器，不能保證采樣得到的激光與紅外干涉信號(hào)在時(shí)間上的一致性，且使用的硬件對(duì)環(huán)境要求較高，儀器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且需要計(jì)算激光干涉信號(hào)的過零點(diǎn)信息，計(jì)算較為復(fù)雜且處理時(shí)間較長(zhǎng)，需要研究一種可以簡(jiǎn)化干涉信號(hào)采樣與處理，保證復(fù)原光譜精度的干涉圖重建方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：包括有邁克爾遜干涉儀分光產(chǎn)生的激光干涉信號(hào)和紅外干涉信號(hào)，其中激光干涉信號(hào)為參考信號(hào)用于產(chǎn)生過零點(diǎn)信息；使用相同采樣率同時(shí)過采樣激光干涉信號(hào)和紅外干涉信號(hào)，過采樣用于提高儀器信噪比；根據(jù)實(shí)際情況的需要，設(shè)置相同的插值因子對(duì)過采樣后的兩路信號(hào)進(jìn)行插值操作，插值用于在保持信號(hào)波形的基礎(chǔ)上產(chǎn)生額外的數(shù)據(jù)點(diǎn)，保證復(fù)原光譜的準(zhǔn)確性；在插值后的激光干涉信號(hào)中獲取激光過零點(diǎn)信息，然后根據(jù)此過零點(diǎn)信息對(duì)同樣經(jīng)過插值后的紅外干涉信號(hào)進(jìn)行重采樣，最終得到重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖。

所述的紅外干涉圖重建方法，其特征在于具體方法包括如下步驟：

(1)根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少是待測(cè)干涉信號(hào)最大頻率的2倍，采用相同的采樣率同時(shí)對(duì)激光干涉信號(hào)和紅外干涉信號(hào)進(jìn)行過采樣，，即

f_s≥2f_m (1)

此時(shí)得到的兩路干涉信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，dt為采樣的時(shí)間間隔，t_i＝0,dt,2dt,3dt,…為每個(gè)激光干涉信號(hào)采樣點(diǎn)和紅外干涉信號(hào)采樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻，則紅外干涉信號(hào)在第i個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻與激光干涉信號(hào)在第i個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻相同，即

t_ii＝t_li (2)；

(2)然后根據(jù)實(shí)際需要選用合適的插值因子兩路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行插值操作，使用插值函數(shù)對(duì)過采樣得到的激光干涉信號(hào)和紅外干涉信號(hào)進(jìn)行插值來產(chǎn)生附加的額外數(shù)據(jù)點(diǎn)；

(3)經(jīng)過過采樣和插值后的激光干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)和紅外干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)量較大，綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度，直接在激光干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)中索引距離零點(diǎn)最近的值所對(duì)應(yīng)的位置信息，然后根據(jù)此位置信息重采樣過采樣和插值后的紅外干涉信號(hào)，最終得到等光程差間隔的紅外干涉圖，即此時(shí)的紅外干涉圖是光程差的函數(shù)。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述激光干涉信號(hào)由波長(zhǎng)為632.8nm、調(diào)制頻率為5KHz的He-Ne激光光源產(chǎn)生，紅外干涉信號(hào)由碳硅棒紅外光源產(chǎn)生。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述采樣率選取待測(cè)干涉信號(hào)最大頻率的5～10倍。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述所述采樣率選取60KS/s。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述插值因子設(shè)置為20。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述插值函數(shù)采用傅里葉插值、線性插值或三次樣條插值函數(shù)。

所述的一種紅外干涉圖重建方法，其特征在于：所述重采樣紅外干涉圖為根據(jù)激光過零點(diǎn)位置索引與之一一對(duì)應(yīng)的紅外干涉信號(hào)強(qiáng)度。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明通過使用同一采樣率等時(shí)間間隔同步過采樣激光與紅外干涉信號(hào)，設(shè)置相同的插值因子，對(duì)兩路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行插值，保證了兩路信號(hào)的時(shí)間一致性，簡(jiǎn)化了參考激光過零點(diǎn)的提取，降低了干涉圖數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的紅外干涉圖重建方法示意圖。

圖2是本發(fā)明的紅外干涉圖重建過程示意圖。

圖3是重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖。

圖4是重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖局部放大圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種紅外干涉圖重建方法，具體包括：邁克爾遜干涉儀分光產(chǎn)生的激光干涉信號(hào)1和紅外干涉信號(hào)2，其中激光干涉信號(hào)1為參考信號(hào)用于產(chǎn)生過零點(diǎn)信息7；使用相同采樣率10同時(shí)過采樣3、4激光干涉信號(hào)1和紅外干涉信號(hào)2，過采樣用于提高儀器信噪比；根據(jù)實(shí)際情況的需要，設(shè)置相同的插值因子11對(duì)過采樣后的兩路信號(hào)進(jìn)行插值5、6操作，插值用于在保持信號(hào)波形的基礎(chǔ)上產(chǎn)生額外的數(shù)據(jù)點(diǎn)，保證復(fù)原光譜的準(zhǔn)確性；在插值后的激光干涉信號(hào)1中獲取激光過零點(diǎn)信息7，然后根據(jù)此過零點(diǎn)信息7對(duì)同樣經(jīng)過插值后的紅外干涉信號(hào)2進(jìn)行重采樣8，最終得到重建后的等光程差間隔的紅外干涉圖9。

激光干涉信號(hào)由波長(zhǎng)為632.8nm、調(diào)制頻率為5KHz的He-Ne激光光源產(chǎn)生，紅外干涉信號(hào)由碳硅棒紅外光源產(chǎn)生。

實(shí)施例

如圖2-4，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少是待測(cè)干涉信號(hào)最大頻率的2倍，即

f_s≥2f_m (1)

采樣頻率一般選取待測(cè)干涉信號(hào)最大頻率的5～10倍。本實(shí)施例中使用60KS/s的采樣率10同時(shí)對(duì)激光干涉信號(hào)1和紅外干涉信號(hào)2進(jìn)行過采樣，此時(shí)得到的兩路干涉信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，dt為采樣的時(shí)間間隔，t_i＝0,dt,2dt,3dt,…為每個(gè)激光干涉信號(hào)采樣點(diǎn)12和紅外干涉信號(hào)采樣點(diǎn)13所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻，則紅外干涉信號(hào)在第i個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻與激光干涉信號(hào)在第i個(gè)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻，即

t_ii＝t_li (2)

然后根據(jù)儀器需要選用合適的插值因子，本實(shí)施例中設(shè)置插值因子11為20對(duì)兩路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行插值(5和6)操作，可以使用傅里葉插值、線性插值、三次樣條插值等插值函數(shù)對(duì)過采樣得到的激光干涉信號(hào)12和紅外干涉信號(hào)13進(jìn)行插值來產(chǎn)生附加的額外數(shù)據(jù)點(diǎn)。由于前面已經(jīng)采用了過采樣技術(shù)，因此可以適當(dāng)降低插值因子來提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。

經(jīng)過過采樣和插值后的激光干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)14和紅外干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)15數(shù)據(jù)量較大，綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度，可以直接在激光干涉信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)14中索引距離零點(diǎn)18最近的值所對(duì)應(yīng)的位置信息16，即索引|I_li|_min所對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻t_lzeroi；然后根據(jù)此位置信息重采樣過采樣和插值后的紅外干涉信號(hào)6，此過程中根據(jù)激光與紅外干涉信號(hào)的采樣時(shí)刻一一對(duì)應(yīng)，因此，只需用激光干涉信號(hào)的過零點(diǎn)時(shí)刻t_lzeroi重采樣紅外干涉信號(hào)中與此時(shí)刻對(duì)應(yīng)的紅外干涉信號(hào)光強(qiáng)即可；最終得到等光程差間隔的紅外干涉圖，即此時(shí)的紅外干涉圖是光程差的函數(shù)。