[发明专利]对微镜阵列光谱仪进行互补S矩阵编码调制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对微镜阵列光谱仪进行互补S矩阵编码调制的方法，矩阵本身具有的优良性质，可将噪声改善度较S矩阵提高约倍，并且方法实现的过程中具有削减系统杂散光和暗电流噪声的作用，可广泛应用于各类微镜阵列光谱仪设备中。

技术背景

哈达玛变换技术是一种基于称重设计理论，对光谱进行组合测量，从而增大光通量，提高信噪比的数字光谱调制技术。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。H矩阵由于具有较高的信噪比而被称为最佳的编码矩阵，但其因存在非循环，编码复杂，双光路系统难于实现的缺点而得不到广泛应用；S矩阵凭借可循环编码，简单易行的优势而成为目前广为使用的编码矩阵，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，国内外一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，进一步彰显哈达玛技术对于微弱信号处理信噪比提升的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种对微镜阵列光谱仪进行互补S矩阵编码调制的方法，介绍了其构造、实现过程以及对杂散光和暗电流噪声的削弱作用，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。

一种对微镜阵列光谱仪进行互补S矩阵编码调制的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）互补S矩阵的构造及其原理：

哈达玛变换理论采用的是对光谱信号进行组合测量的方法来减小噪声的影响。而这种组合选通又是通过编码矩阵控制数字微镜的“开”和“关”来实现的：当将矩阵元素“1”加载于某个微镜单元时，其允许光谱通过，也就是所谓的“开”状态，此时探测器探测到的信号中除了光谱信号外，还存在一些噪声信号；当将矩阵元素“0”加载于某个微镜单元时，即为对应的“关”状态，此时探测器只能接收到系统中的噪声信号。因此用单个微镜的开关状态进行相减，就可以削弱一部分噪声的影响。依据此原理，提出构造一种互补S矩阵对微镜阵列进行编码调制：首先构造S矩阵，经相应矩阵运算得到其补码矩阵，用S矩阵减去其补码矩阵，即可得到一个由+1/-1组成的矩阵，我们将其称为互补S矩阵。

2）互补S矩阵的噪声改善作用分析：

为了分析编码矩阵对噪声的影响，首先引进Q值的概念来表示算法对噪声的改善程度，定义为：

Qi=<ϵi2>scan<ϵi2>multiplex---(1)]]>

假设光谱信号的真实值为a_i，光谱信号的测量值为则测量值与真实值的误差为：

ωi=a^i-ai---(2)]]>

由随机误差的性质可知：<ω_i>=0；其均方差为：