利用反卷积方法抽取多光纤光谱的一维谱技术

本发明专利技术公开了一种根据二维多光纤光谱图像形成原理，用反卷积方法来抽取可靠的一维光谱的方法。包括光纤光谱中心迹线的获得，每条光纤光谱上所有PSF的获得，目标函数的构造，噪声的抑制方法和目标函数的串行和并行求解算法。利用强的连续光谱获取光谱中心迹线，利用单根发射线光谱来获取所有波长处的PSF；根据噪声和光谱情况构造目标函数；给出了目标函数的串行和并行求解方法。本发明专利技术能纠正经典抽谱方法的失真，也解决反卷积方法由于存储量巨大而无法计算的问题，能得到更为真实的一维谱。同时该计算方法很灵活，内存用量少，扩展性强，容易用于并行计算，也是一个计算稀疏矩阵的新算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多光纤光谱的一维谱抽取
，和大规模稀疏矩阵串行和并行计算领域。
技术介绍
在天文领域中，为了同时获取尽可能多的天体目标的光谱，都采用了多光纤光谱技术。也就是，每一条光纤对准一个天体目标，多个天体的光被各自的光纤引导到光谱仪，然后在CCD上色散成二维光谱。采用多光纤光谱技术，一张CCD可以同时记录几百条光谱。这些光谱是以二维谱图像的形式被CCD记录下来的，而用于数据分析的光谱一般是一维谱，即横坐标是波长，纵坐标是流量。从而需要一个算法，把CCD记录的二维谱图像，转化成可以用于分析的一维谱。目前流行的方法是把垂直于每一条二维光谱色散方向的每一行的流量按照一定加权规则加起来，从而获得一维谱。这就要求加权规则在每一行甚至所有行都是固定不变的，但这个假设是无法成立的。从另一方面看，CCD记录的二维谱的图像，是进入光学系统之前的一维谱卷积上光学系统的点源扩展函数(PSF)加上各种噪声得到的。若在二维谱图像上，每条光纤光谱上所有位置处的PSF已知，则可以用二维谱图像反卷积掉已知的PSF来获得的一维谱。这种抽谱方法更符合物理过程，从而更为可靠。
技术实现思路
本专利技术的目的在于根据二维多光纤光谱图像形成原理，用反卷积方法来抽取更为可靠的一维光谱，从而矫正当前抽谱方法的失真。为实现上述目的，本专利技术提出一种用反卷积方法从光纤光谱的二维CCD图像中抽取一维光谱的方法。该方法包括：光纤光谱中心迹线的获得，每条光纤光谱所有波长处PSF的获得，目标函数的构造，噪声的抑制方法、目标函数的串行和并行求解算法。所述的二维光谱中心迹线的获得方法是，从较强的平场定标灯的二维光谱，利用重心法，求出每一条光纤光谱的每一行的重心位置，然后把每一行重心用
低阶多项式拟合，得到每一条光纤光谱的中心轨迹。所述的PSF获取方法是，对于波长定标灯的每一条光纤光谱图像，首先获取单根发射线的离散轮廓。对于发射线比较弱的情况，可以延长曝光来提高该发射线的信噪比。然后对离散的轮廓进行归一化，就获得了该发射线在它所处CCD位置处的离散的PSF。另外，也可以通过激光梳来获得，只不过这种方法比较昂贵。如果想使用光滑的PSF，可以通过利用B样条曲面插值离散的PSF来获得。我们把通过这种方法获得的PSF称为基本的PSF。所述的目标函数的构造方法是，根据图像的噪声类型来构造目标函数。高斯噪声情况：minci,jΣm=1NxΣk=1Ny{[F(k,m)-Σj=1NyΣi=1Nfci,jPSFi,j(k,m)]2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用反卷积方法从光纤光谱的二维CCD图像中抽取一维光谱的方法。其特点是：根据已知的点源扩散函数(简记：PSF)，通过计算目标函数的最小值，来反卷积整个光纤光谱图像，从而获得一维光谱。该方法包括：光纤光谱中心迹线的获得，每条光纤光谱所有波长处PSF的获得，目标函数的构造，噪声的抑制方法，目标函数的串行和并行求解方法。

【技术特征摘要】
1.一种用反卷积方法从光纤光谱的二维CCD图像中抽取一维光谱的方法。其特点是：根据已知的点源扩散函数(简记：PSF)，通过计算目标函数的最小值，来反卷积整个光纤光谱图像，从而获得一维光谱。该方法包括：光纤光谱中心迹线的获得，每条光纤光谱所有波长处PSF的获得，目标函数的构造，噪声的抑制方法，目标函数的串行和并行求解方法。2.根据权利要求1所述的光纤光谱中心迹线的获得方法，其特征在于，从较强的平场定标灯的二维光谱，利用重心法，求出每一条光纤光谱的每一行的重心位置，然后把每一行重心用低阶多项式拟合，得到每一条光纤光谱的中心轨迹。3.根据权利要求1所述的PSF获取方法，其特征在于，对于波长定标灯的每一条光纤光谱图像，首先获取单根发射线的离散轮廓。对于发射线比较弱的情况，可以延长曝光来提高该发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广伟，张昊彤，董义乔，袁海龙，雷亚娟，白仲瑞，杨卉沁，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京;11