Simulation de spectromètre avec la caméra virtuelle Altron et des pics FWHM personnalisés

Supposons que l'optique du spectromètre soit encore en cours de réglage sur le banc du laboratoire, mais que le logiciel doive être prêt dès maintenant. Vous devez vous assurer que la détection des pics fonctionne correctement, que deux pics proches sont bien séparés et que l'étalonnage en longueur d'onde donne la bonne valeur. La simulation de spectromètre avec la caméra virtuelle d'Altron est justement conçue pour cela : elle génère un spectre dont vous avez vous-même fixé la position de chaque pic et sa largeur FWHM, vous connaissez donc la bonne réponse à l'avance.

Que génère le motif Spectrometer ?

Dans la fenêtre Virtual Camera Settings (bouton Manage Virtual Cameras), sélectionnez le motif 9 Spectrometer. Au lieu d'une image ordinaire, la caméra virtuelle génère un spectre de raies d'émission : des pics gaussiens fins sur un fond sombre, avec un peu de bruit, semblables à ce que fournit un vrai spectromètre.

En format couleur, les raies rouges, vertes et bleues tombent sur des pixels différents. En format monochrome, toutes les raies apparaissent ensemble sur une seule courbe. Pour un spectromètre simple, une caméra virtuelle Line scan au format BW16 est un bon choix. Sa plage de 16 bits offre assez de marge pour tester côte à côte des pics faibles et forts.

Que signifie exactement FWHM ?

La FWHM est la largeur d'un pic à mi-hauteur. Autrement dit, descendez à mi-chemin depuis le sommet du pic et regardez combien de pixels de large mesure le pic à ce niveau. En spectroscopie, ce nombre détermine à quel point deux raies peuvent être proches tout en restant distinctes. Pour mesurer le pouvoir de résolution de votre algorithme, vous devez pouvoir le contrôler.

Définir les pics un par un

Lorsque vous sélectionnez le motif 9, une rangée de réglages supplémentaire apparaît sous les motifs :

1. Dans Preset Vous pouvez charger les raies caractéristiques d'un élément connu, ou rester sur Custom et définir vous-même les pics.
2. Dans Peaks Définissez le nombre de pics entre 1 et 64. La valeur par défaut est de 12 pics, quatre par couleur. Chaque nouveau pic est ajouté 100 pixels après le dernier.
3. Dans la liste Peak Sélectionnez le pic que vous souhaitez modifier.
4. Dans Ch Définissez son canal de couleur : R, G ou B.
5. Dans Pos. Saisissez le centre du pic en pixels depuis la gauche de la ligne. Un pic situé en dehors de la largeur du capteur n'est pas visible.
6. Dans H% Définissez la hauteur du pic par rapport au niveau maximal du pic.
7. Dans FWHM Indiquez la largeur du pic en pixels. La valeur par défaut est de 4 pixels, ce qui produit une raie d'émission fine. Une valeur plus grande donne une large bande au lieu d'une raie.
8. Enfin, appuyez sur Add camera.

Le bouton Déf. Rétablit tous les pics au spectre par défaut : 12 pics à pleine hauteur et de 4 pixels de large.

Trois tests que nous effectuons habituellement

Configurez la chaîne ainsi : caméra virtuelle, SpectrumExtractor, SpectralAnalysis et un affichage. Ensuite :

• Pouvoir de résolution : Placez deux pics à quelques pixels l'un de l'autre et augmentez progressivement la FWHM. Observez à quel moment SpectralAnalysis indique un seul pic au lieu de deux dans Peaks found. Réglez aussi Peak min dist (px) à ce stade : de deux pics plus proches que cette distance, seul le plus haut est signalé.
• Pic faible : Abaissez le H% d’un pic et vérifiez s’il est toujours détecté avec le Peak threshold actuel.
• Étalonnage en longueur d’onde : Dans SpectralAnalysis, saisissez Lambda min et Lambda max afin que les positions des pics soient indiquées en nanomètres. Comme vous avez vous-même fixé la position de chaque pic en pixels, vous calculez la bonne valeur à l'avance et la comparez au résultat. Si votre étalonnage est polynomial, saisissez les coefficients a0 à a3 dans SpectrumExtractor.

Une erreur fréquente

Les pics sont copiés dans la caméra au moment où vous cliquez sur Add camera. Une caméra créée auparavant conserve donc ses réglages précédents. Si vous avez modifié les pics, ajoutez une nouvelle caméra.

Pour en savoir plus sur la FWHM (largeur à mi-hauteur), article Wikipédia (en anglais).

Pour en savoir plus sur les caméras réelles adaptées à la spectroscopie, consultez la page caméras linéaires . Si vous avez en tête une chaîne spectrale particulière et ne savez pas par où commencer, faites appel à page de contact pour nous envoyer les détails.