[发明专利]一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明涉及一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的方法、系统、设备及存储介质，是指：(1)通过光学测量设备测量获取离散数据；(2)采用拟合算法处理离散数据，还原出传输函数，传输函数是指当输入光为平坦的白光时，光学器件的真实输出光谱的形状规律；从而获取高分辨率的光谱图像。本发明进行光学测量中心波长时，在不增加设备硬件成本的情况下，仅仅依靠科学的数据处理，就可将设备的分辨率提高4个数量级。

技术领域

本发明涉及一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的方法、系统、设备及存储介质，属于光学测量技术领域。

背景技术

光学测量广泛应用于科研和生产：如现在桥梁应力、电力柜温度等广泛使用的光纤光栅传感领域中，主要就是靠检测光纤光栅返回的光谱的中心波长来测定目标参数；在医学领域，检测液体目标成分浓度等也需要依靠测量马赫泽德干涉器等结构的透射谱的中心波长来完成。

目前得到光谱的主流方法是用光谱仪测量。光谱仪的测量是从某波长至某波长，步长为一个微小波长，在每个波长处给出相应的光功率，所有的数据连起来就构成了光谱的图像。因此实际上光谱仪得到的数据是离散的，以ANRITSU(安立)牌型号为MS9710C的光谱仪为例，其测量的步长(专业术语是波长分辨率)，为0.05nm；再如YOGOKAWA(横河)牌的AQ6374，其波长分辨率也为0.05nm。0.05nm是高端光谱仪的主流分辨率。因此光谱仪得到的数据图像如图1所示，从图1中可以清楚地看出，以目前的硬件水平，能够得到的中心波长值为1551.45nm，不能更精细了。这个分辨率是目前20万元的设备所能达到的，但是远远不能满足目前的需求，如果寻求硬件上的突破，以现在的硬件科技水平来说，非常困难。表1给出的是一个实际分辨率0.05nm的光谱仪的读数。

表1

光谱仪等光学测量设备，测到的是某一波长下的光功率值，很多波长下的很多功率值，就构成了光谱图像。光功率的测量是有极限的，大部分光谱仪能探测的最低分辨率是1nW。这意味着光谱仪给出的某波长下的某光功率数值为3.586μW，以微瓦为单位的话，只能给到小数点后面第3位，以纳瓦为单位，则只能给到个位，不够精确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的方法；

本发明还提供了一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的系统、计算机设备及存储介质；

本发明在不改变任何硬件的条件下，该方法可以将光谱仪等光学测量设备寻找中心波长时的分辨率提高4个数量级。

本发明的技术方案为：

一种基于非线性回归数据处理的提高光谱图像分辨率的方法，包括步骤如下：

(1)通过光学测量设备测量获取离散数据；

(2)采用拟合算法处理离散数据，还原出传输函数，传输函数即获取的高分辨率的光谱图像；传输函数是指光学器件的输出光谱除以输入光谱。输入是平坦的白光(各种波长的功率全相等)，光学器件的输出谱，就可以视为传输函数。传输函数代表了光学器件的全部工作特性和全部信息。如果输入不是平坦白光，那么可以使用输出光谱除以输入光谱(相同波长下的功率相除)，得到的是传输函数。

根据本发明优选的，步骤(2)，具体是指：设定有m个参数k₁,k₂,…,k_m的传输函数为通过光学测量设备实际测量得到的n组数据点(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…，(x_n,y_n)，求出传输函数的m个参数k₁,k₂,…,k_m，即得传输函数。