編碼模板

編碼模板是阿達瑪變換(HT)成像光譜儀的關鍵部件，用以代替入射狹縫和出射狹縫。最初模板的製作是在玻璃上鍍上一層銅，然後刻劃出對應於循環碼的條形碼，偽隨機序列碼是採用觸發電路來發生的。編碼模板的製作是通過計算機生成二元偽隨機序列碼，然後用計算機語言畫出對應的圖形，根據圖形檔案，經光刻製版得到的。

基本介紹

• 中文名：編碼模板
• 外文名：encodingmask
• 作用：代替入射狹縫和出射狹縫
• 分類：運動模板和固定模板
• 典型編碼模板：移動式機械模板、數字微鏡陣列等

編碼模板的分類

編碼模板作為阿達瑪變換(HT)儀器的關鍵部件，有運動模板和固定模板兩類。與固定模板相比，運動模板光效率高，可加工適用於整個光學波段的模板。運動模板的加工有多種方法，其中具有代表性的方法是用雷射在金屬基片上加工和利用照相複製法在透明基片上加工。運動模板要求有較高精度的運動機構和定位系統，這是儀器設計中必須認真解決的問題。固定模板使HT儀器中不含運動件，系統穩定、緊湊，具有良好的光譜累加性能。

編碼排列的條件

要使編碼模板能夠實現編碼和解碼，編碼排列必須滿足以下條件：

（1）要求各編碼排列之間應線性無關；

（2）要使編碼效果理想，碼元應選 0 或 1，即透光或者不透光；

（3）為了獲得最佳化的信噪比和探測器的動態回響特性，通常每一編碼排列中，透光元素和不透光元素相當為宜；

（4）編碼排列中各透光和不透光碼元應按二元偽隨機序列碼的順序排列。

例如，阿達瑪變換成像光譜儀的編碼模板是由許多透光和不透光的單元按 S 循環碼的方式排列構成的。S 循環碼是由二元偽隨機序列碼生成的。

對編碼矩陣的要求

在光學編碼測量過程中，編碼模板對光輻射的調製作用有3種方式：透射、反射和阻光。這就決定了編碼矩陣中只能有+1，一1和0三種元素。在這一前提下，對編碼矩陣有如下要求：

（1）使平均均方誤差￡儘可能小；

（2）解碼計算簡便快速；

（3）矩陣具有循環性；

（4）編碼板構型易於加工。

典型的編碼模板

典型的編碼模板有移動式機械模板和固定編碼模板，較常用的固定編碼模板有液晶空間光調製器和數字微鏡陣列。

移動式機械模板

移動式機械模板一般根據循環S-矩陣製作，為一系列刻制在透明物質上的狹縫陣列。一般在玻璃或石英片上鍍一層不透光的金屬薄膜，再用腐蝕或直接刻制、或用照像膠片的負片來製作模板。由於循環S矩陣是左循環矩陣，因此從原理上講可根據循環S矩陣的第一行將阿達瑪模板設計成左向循環移動式一維模板，並用來對一維光譜進行多通道分辨。如果用單個檢測器檢測一維編碼信號，則只能獲得一維信息。因此如果將一維模板摺疊成二維模式，則可實現空間信息的多通道分辨，用單個檢測器即可獲得豐富的二維信息。

移動式機械模板一般用石英玻璃製作，對光信號不會因模板吸收而導致信號損失，碼元對光的調製只存在兩種工作狀態(透光為1，不透光為0)，數據可靠，而且模板的製作也較為容易，各碼元之間不存在間隙，在使用時是嚴格按照阿達瑪變換光學編碼進行調製的，無需再對光刻模板採集的數據進行校正。但由於移動式機械模板採用步進電機驅動，會帶來誤差，還容易導致機械故障，難以實現快速編碼。

液晶空間光調製器

液晶空間光調製器(SLM)又稱光學快門陣列(OSAS)，它將液晶層作為光調製材料，，液晶層採用向列型液晶的混合場效應工作模式，在晶層上各區域施加不同的電場，可以引起液晶分子排列方向和位置的變化，從而導致其光學性質的變化，獲得透明或不透明兩種狀態，實現對光信號的調製。

SLM由許多積體電路控制的單元組成，以電信號來控制每個單元的1或0狀態。通過計算機指令，一個SLM就能產生所有的阿達瑪模板編碼陣列，這意味著模板不用移動，克服了移動式機械模板傳動誤差和震動及缺陷，使每次編碼採樣完全在相同的條件下進行，而且其編碼採樣時間大大縮短。但是，SLM還不能實現像移動式機械模板那樣完全由1和0單元組成，這是由於液晶材料在透光狀態時，對光有一定的吸收，而在不透光狀態時，又有部分光能透過，而且在不同波段，液晶材料的透過率不同。因此，液晶空間光調製器易造成信號損失或編碼錯誤。此外，液晶材料具有非理想化靜態特性和動態特性，會在信號還原過程中將會造成光譜扭曲。用SLM實現高分辨成像十分困難。

數字微鏡陣列(DMA)

數字微鏡陣列(digital micro mirror array)是在有效面積不到2CMOS基片上可集成600x800個微鏡陣列，每個微鏡為邊長16的正方形,微鏡之間有1的間隙。微鏡的偏轉由數字積體電路控制，可產生和的偏轉。微鏡轉到時，其將入射光信號反射到檢測光路中，為“on”；當轉到時，將入射光信號反射到檢測光路之外，為“off”。

這種裝置的優點在於：微鏡表面鍍的是高反射率的鋁，反射性能好；轉換速度快(<20)；所有部件集成在一塊電路板中，結構緊湊；支持數位訊號輸入和視頻輸入兩種控制模式；無需調整光路，即可實現對微鏡陣列組合的大小和規模隨編碼方式的不同而進行改動。

其缺陷在於：微鏡間的微小間隙會對編碼造成明顯誤差；微鏡表面的保護玻璃限制了有效工作波長範圍(不超過2750nm)；價格昂貴，編碼控制系統複雜。