Spektrometer-Simulation mit der virtuellen Altron-Kamera und benutzerdefinierten FWHM-Peaks

Angenommen, die Optik des Spektrometers wird noch auf dem Labortisch justiert, die Software muss aber schon jetzt bereit sein. Sie müssen sicher sein, dass die Peaksuche korrekt funktioniert. Sie müssen sehen, ob zwei nahe beieinanderliegende Peaks getrennt werden. Und Sie müssen wissen, ob die Wellenlängenkalibrierung den richtigen Wert liefert. Genau dafür ist die Spektrometer-Simulation in der virtuellen Kamera von Altron gemacht.

Was erzeugt das Muster Spectrometer?

Wenn Sie im Fenster Manage Virtual Cameras das Muster 9 Spectrometer wählen, erzeugt die virtuelle Kamera statt eines normalen Bildes ein Emissionslinienspektrum. Das Spektrum zeigt scharfe Gauß-Peaks auf dunklem Hintergrund mit etwas Ausleserauschen – genau wie bei einem echten Spektrometer.

Dieses Muster funktioniert mit jedem Pixelformat. In einem Farbformat fallen die roten, grünen und blauen Linien auf unterschiedliche Pixel. In einem monochromen Format BW8 oder BW16 erscheinen alle Linien gemeinsam in einem Spektrum.

Was genau bedeutet FWHM?

FWHM ist die Breite eines Peaks auf halber Höhe. Gehen Sie also von der Spitze des Peaks bis zur Hälfte hinunter und schauen Sie, wie viele Pixel breit der Peak auf dieser Höhe ist. In der Spektroskopie bestimmt dieser Wert, wie nah zwei Linien beieinanderliegen können und dennoch getrennt erscheinen. Wenn Sie das Auflösungsvermögen Ihres Algorithmus messen möchten, müssen Sie ihn also steuern können.

Peaks einzeln definieren

Wenn Sie Muster 9 wählen, erscheint unter den Mustern eine zusätzliche Reihe von Einstellungen. So verwenden Sie sie:

1. Bei Peaks legen Sie die Anzahl der Peaks zwischen 1 und 64 fest. Standard sind 12 Peaks, vier pro Farbe. Wenn Sie die Zahl erhöhen, wird jeder neue Peak 100 Pixel nach dem letzten eingefügt und erhält die nächste Farbe.
2. Wählen Sie aus der Liste Peak den Peak, den Sie bearbeiten möchten (peak1, peak2 usw.).
3. Bei Ch Legen Sie den Farbkanal fest: R, G oder B.
4. Bei Pos. Geben Sie die Peakmitte in Pixeln vom linken Rand der Zeile ein. Ein Peak außerhalb der Sensorbreite wird nicht angezeigt.
5. Bei H% Legen Sie die Peakhöhe relativ zur Peak-Obergrenze fest. Die Obergrenze liegt bei 16 Bit bei etwa 65000 und bei 8 Bit bei etwa 250.
6. Bei FWHM Geben Sie die Peakbreite zwischen 0,5 und 2000 Pixeln an. Standard sind 4 Pixel, was eine scharfe Emissionslinie ergibt. Bei einem größeren Wert erhalten Sie statt einer Linie ein breites Band.
7. Drücken Sie abschließend Add camera.

Die Schaltfläche Std. setzt alles auf das Standardspektrum zurück: 12 Peaks in voller Höhe und 4 Pixel breit.

Drei Tests, die wir meist durchführen

Bauen Sie die Kette so auf: virtuelle Kamera, SpectrumExtractor, SpectralAnalysis und eine Anzeige. Dann:

• Auflösungsvermögen: Platzieren Sie zwei Peaks wenige Pixel voneinander entfernt und erhöhen Sie die FWHM schrittweise. Beobachten Sie, ab wann SpectralAnalysis unter Peaks found einen statt zwei Peaks meldet. Hier lässt sich Peak min dist (px) gut abstimmen.
• Schwacher Peak: Senken Sie den H%-Wert eines Peaks und prüfen Sie, ob er mit dem aktuellen Peak threshold noch erkannt wird.
• Wellenlängenkalibrierung: Da Sie die Position jedes Peaks in Pixeln selbst festlegen, kennen Sie die richtige Antwort bereits. Tragen Sie die Koeffizienten a0 bis a3 in SpectrumExtractor ein und vergleichen Sie den für den Peak gemeldeten Nanometerwert mit Ihrer eigenen Berechnung.

Zwei häufige Fehler

Erstens werden die Peaks in dem Moment in die Kamera übernommen, in dem Sie Add drücken. Eine früher angelegte Kamera behält also ihre alten Einstellungen. Wenn Sie die Peaks geändert haben, fügen Sie eine neue Kamera hinzu.

Zweitens: Wenn Sie zusätzlich RamanPreprocess für ein Raman-Spektrum testen, platzieren Sie es nach SpectrumExtractor. Steht es davor, bleibt das Spektrumdiagramm leer.

Ein letzter Tipp: Für ein einfaches Spektrometer ist eine virtuelle Kamera vom Typ Line scan mit dem Format BW16 eine gute Wahl. In diesem Modus erscheinen alle Peaks in einer einzigen Kurve. Der 16-Bit-Bereich bietet außerdem genug Reserve, um schwache und starke Peaks nebeneinander zu testen. Mehr über reale Kameras, die sich für die Spektroskopie eignen, lesen Sie auf der Seite Zeilenkameras .

Mehr über FWHM (Halbwertsbreite, full width at half maximum) erfahren Sie im Wikipedia-Artikel (Englisch).

Wenn Sie eine bestimmte Spektralkette im Sinn haben und nicht wissen, wo Sie anfangen sollen, nutzen Sie die Kontaktseite , um uns die Details zu senden.