شبیه‌سازی طیف‌سنج با دوربین مجازی آلترون و قله‌های FWHM دلخواه

فرض کنید اپتیک طیف‌سنج هنوز روی میز آزمایشگاه در حال تنظیم است، ولی نرم‌افزار باید همین حالا آماده شود. باید مطمئن شوید یافتن قله‌ها درست کار می‌کند، دو قله‌ی نزدیک به هم از هم جدا می‌شوند و کالیبراسیون طول‌موج عدد درستی می‌دهد. شبیه‌سازی طیف‌سنج با دوربین مجازی آلترون دقیقاً برای همین کار است: طیفی می‌سازد که جای هر قله و پهنای FWHM آن را خودتان تعیین کرده‌اید، پس جواب درست را از قبل می‌دانید.

الگوی Spectrometer چه تولید می‌کند؟

در پنجره‌ی Virtual Camera Settings (دکمه‌ی Manage Virtual Cameras) الگوی ۹ Spectrometer را انتخاب کنید. دوربین مجازی به‌جای تصویر معمولی یک طیف خطوط نشری می‌سازد: قله‌های گوسی تیز روی یک زمینه‌ی تاریک، همراه با کمی نویز؛ شبیه چیزی که از یک طیف‌سنج واقعی می‌گیرید.

در قالب رنگی، خطوط قرمز، سبز و آبی روی پیکسل‌های متفاوتی می‌نشینند. در قالب تک‌رنگ همه‌ی خطوط با هم در یک منحنی دیده می‌شوند. برای یک طیف‌سنج ساده، دوربین مجازی Line scan با قالب BW16 انتخاب خوبی است. دامنه‌ی شانزده‌بیتی آن‌قدر جا دارد که قله‌های ضعیف و قوی را کنار هم بیازمایید.

FWHM دقیقاً یعنی چه؟

FWHM پهنای قله در نصف ارتفاع آن است. یعنی از بالای قله نصف راه را پایین بیایید و ببینید قله در آن سطح چند پیکسل پهنا دارد. در طیف‌سنجی این عدد تعیین می‌کند دو خط چقدر می‌توانند به هم نزدیک باشند و هنوز جدا دیده شوند. برای سنجیدن قدرت تفکیک الگوریتم خود، باید بتوانید آن را کنترل کنید.

تعریف قله‌ها، یکی‌یکی

با انتخاب الگوی ۹، یک ردیف تنظیم اضافه زیر الگوها ظاهر می‌شود:

1. در Preset می‌توانید خطوط شاخص یک عنصر شناخته‌شده را بار کنید، یا روی Custom بمانید و قله‌ها را خودتان تعریف کنید.
2. در Peaks تعداد قله‌ها را بین ۱ تا ۶۴ تعیین کنید. پیش‌فرض ۱۲ قله است، چهار قله برای هر رنگ. هر قله‌ی تازه ۱۰۰ پیکسل بعد از آخرین قله اضافه می‌شود.
3. از فهرست Peak قله‌ای را که می‌خواهید ویرایش کنید انتخاب کنید.
4. در Ch کانال رنگی آن را بگذارید: R، G یا B.
5. در Pos مرکز قله را بر حسب پیکسل از چپ خط وارد کنید. قله‌ای که بیرون از عرض سنسور بیفتد دیده نمی‌شود.
6. در H% ارتفاع قله را نسبت به سقف قله تعیین کنید.
7. در FWHM پهنای قله را بر حسب پیکسل بدهید. پیش‌فرض ۴ پیکسل است که یک خط نشری تیز می‌سازد. عدد بزرگ‌تر به‌جای خط، نوار پهن می‌دهد.
8. در پایان Add camera را بزنید.

دکمه‌ی Def همه‌ی قله‌ها را به طیف پیش‌فرض برمی‌گرداند: ۱۲ قله با ارتفاع کامل و پهنای ۴ پیکسل.

سه آزمون که ما معمولاً اجرا می‌کنیم

زنجیره را این‌طور بچینید: دوربین مجازی، SpectrumExtractor، SpectralAnalysis و نمایشگر. بعد:

• قدرت تفکیک: دو قله را چند پیکسل از هم فاصله دهید و FWHM را کم‌کم بزرگ کنید. ببینید در کدام نقطه SpectralAnalysis در Peaks found به‌جای دو قله یکی گزارش می‌کند. Peak min dist (px) را هم همین‌جا تنظیم کنید: از دو قله‌ای که نزدیک‌تر از این فاصله باشند، فقط بلندتر گزارش می‌شود.
• قله‌ی ضعیف: H% یک قله را پایین بیاورید و ببینید با Peak threshold فعلی هنوز شناخته می‌شود یا نه.
• کالیبراسیون طول‌موج: در SpectralAnalysis مقدار Lambda min و Lambda max را بدهید تا مکان قله‌ها به نانومتر گزارش شود. چون جای هر قله را به پیکسل خودتان تعیین کرده‌اید، عدد درست را از قبل حساب می‌کنید و با گزارش مقایسه می‌کنید. اگر کالیبراسیون شما چندجمله‌ای است، ضرایب a0 تا a3 را در SpectrumExtractor وارد کنید.

اشتباه رایج

قله‌ها در لحظه‌ی زدن Add camera در دوربین کپی می‌شوند. یعنی دوربینی که قبلاً ساخته‌اید همان تنظیمات قبلی را نگه می‌دارد. اگر قله‌ها را تغییر داده‌اید، یک دوربین تازه اضافه کنید.

برای آشنایی بیشتر با FWHM (پهنای قله در نیمه‌ی ارتفاع)، مقاله‌ی ویکی‌پدیا (انگلیسی) را هم ببینید.

درباره‌ی دوربین‌های واقعی مناسب طیف‌سنجی در صفحه‌ی دوربین‌های اسکن خطی بیشتر بخوانید. اگر زنجیره‌ی طیفی خاصی در ذهن دارید و نمی‌دانید از کجا شروع کنید، از صفحه‌ی تماس جزئیاتش را برایمان بنویسید.