一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪及其成像光谱重建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114279564A(43)申请公布日2022.04.05(21)申请号202111593124.1(22)申请日2021.12.23(71)申请人中国科学院国家空间科学中心地址100190北京市海淀区中关村南二条1号(72)发明人李虎刘雪峰姚旭日翟光杰王小庆窦申成刘璠(74)专利代理机构北京方安思达知识产权代理有限公司11472代理人陈琳琳张红生(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/02(2006.01)G06T11/00(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图4页(54)发明名称一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪及其成像光谱重建方法(57)摘要本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪及其成像光谱重建方法。所述光谱仪包括：视场成像组件、第一空间光调制器、第二空间光调制器、会聚收光部件、色散组件、色散投影成像透镜、光电阵列探测器、数据包存储器、光源组件、第一随机数发生器、第二随机数发生器、第一信号同步控制模块、第二信号同步控制模块、系统标定矩阵处理模块、高分辨色散投影压缩感知模块和计算层析成像光谱重建模块。本发明提供的光谱仪及其成像光谱重建方法，使用常规探测器对目标色散投影图像进行分块并行压缩测量，通过压缩感知重建算法从低分辨率结果中重建出高分辨色散投影图像；进一步从重建的高分辨色散投影图像中重建出光谱图像。CN114279564ACN114279564A权利要求书1/4页1.一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪，包括：光学单元(I)和电学单元(II)；其特征在于，所述光学单元(I)包括：视场成像组件(1)、第一空间光调制器(2‑1)、第二空间光调制器(2‑2)、会聚收光部件(3)、色散组件(4)和色散投影成像透镜(5)；所述电学单元(II)包括：光电阵列探测器(6)、数据包存储器(7)、光源组件(8)、第一随机数发生器(9‑1)、第二随机数发生器(9‑2)、第一信号同步控制模块(10‑1)、第二信号同步控制模块(10‑2)、系统标定矩阵处理模块(11)、高分辨色散投影压缩感知模块(12)和计算层析成像光谱重建模块(13)；其中，所述第一信号同步控制模块(10‑1)，用于控制协调所述第一随机数发生器(9‑1)、第一空间光调制器(2‑1)、光电阵列探测器(6)和数据包存储器(7)同步工作；所述第二信号同步控制模块(10‑2)，用于控制协调所述第二随机数发生器(9‑2)、第二空间光调制器(2‑2)、光电阵列探测器(6)和数据包存储器(7)同步工作；所述光源组件(8)，用于在标定过程中逐个输出单波长的标定光源，还用于在探测目标过程中输出成像光源；所述视场成像组件(1)，用于在标定过程中收集标定光信号，并将其成像到所述第一空间光调制器(2‑1)选定的成像区域；还用于在探测目标过程中收集由探测目标透射、反射或辐射出的光信号，并将其成像到所述第一空间光调制器(2‑1)选定的成像区域；所述第一随机数发生器部件(9‑1)，用于在标定过程中产生第一空间光调制器(2‑1)的成像区域范围内标定点位置向量，还用于将所述标定点位置向量发送至所述数据包存储器(7)进行储存；所述第一空间光调制器(2‑1)，用于在标定过程中，基于所述标定点位置向量逐个打开成像区域范围内的对应单元，对标定光信号进行逐点调制，并将不同位置的光反射到所述会聚收光部件(3)；还用于在探测目标过程中全部打开成像区域范围内的单元，对探测目标光信号进行调制，并全反射至所述会聚收光部件(3)；所述会聚收光部件(3)，用于在标定过程中将收集的调制后的标定光信号进行准直和再聚焦处理，并二次成像到所述色散组件(4)；还用于在探测目标过程中将收集的调制后探测目标成像光信号进行经准直和再聚焦处理，并二次成像到所述色散组件(4)；所述色散组件(4)，用于在标定过程中对标定二次成像光信号进行色散分光处理，以形成标定色散投影光信号，并聚焦成像到所述第二空间光调制器(2‑2)；还用于在探测目标过程中，对探测目标二次成像光信号进行色散分光处理，以形成探测目标色散投影光信号，并聚焦成像到所述第二空间光调制器(2‑2)；所述第二随机数发生器部件(9‑2)，用于在标定过程中和探测目标过程中产生并行分块编码调制向量；还用于将并行分块编码调制向量发送至所述数据包存储器(7)进行储存；其中，所述并行分块编码调制向量在所述数据包存储器(7)中组织成并行压缩感知测量矩阵；所述第二空间光调制器(2‑2)，用于在标定过程中，基于并行分块编码调制向量，对标定色散投影光信号进行分块并行编码调制，并将分块并行编码调制后的标定色散投影光信号反射到所述色散投影成像透镜(5)；还用于在探测过程中，基于并