基于LCTF和岭回归光谱模型的高光谱成像系统及方法.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CN113865707A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111118910.6(22)申请日2021.09.24(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人牛毅何子聪马明明李甫石光明(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人陈宏社王品华(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/02(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称基于LCTF和岭回归光谱模型的高光谱成像系统及方法(57)摘要本发明提出了一种基于LCTF和岭回归光谱模型的高光谱成像系统及方法，旨在保证LCTF高光谱成像系统光谱分辨率的前提下，提高LCTF高光谱成像系统的光谱透过率，高光谱成像方法包括以下步骤：初始化系统参数；构建高光谱成像系统的传递矩阵；光学去噪模块对场景光进行过滤；液晶可调谐滤波器LCTF对目标光谱范围的场景光进行谱间调谐；灰度相机采集LCTF调谐后的场景光；计算控制模块获取高光谱成像系统的成像结果。CN113865707ACN113865707A权利要求书1/3页1.一种基于LCTF和岭回归光谱模型的高光谱成像系统，包括顺次连接的光学去噪模块、液晶可调谐滤波器LCTF、灰度相机和计算控制模块，所述计算控制模块还与LCTF相连，其中：所述光学去噪模块，用于对目标光谱范围以外的杂光进行过滤，以获取目标光谱范围的场景光；所述液晶可调谐滤光器LCTF，用于通过计算控制模块的控制，对目标光谱范围的场景光进行调谐；所述灰度相机，用于通过计算控制模块的控制，对LCTF调谐后的场景光进行采集并转化为观测光谱图；所述计算控制模块，包括计算模块、控制模块和数据可视化模块；所述控制模块，用于对LCTF的调谐特性，以及灰度相机的采集特性进行控制；所述计算模块，用于求解目标高光谱数据立方体；所述数据可视化模块，用于光谱图和光谱数据矩阵之间的转换并输出成像结果；特征其在于，所述液晶可调谐滤波器LCTF，包括由两级Lyot玻片组成的液晶可调谐滤光片，以及电控模块；所述电控模块，用于通过计算控制模块的控制，对每级Lyot玻片加载指定大小的电压，实现液晶可调谐滤光片对目标光谱范围的场景光的调谐特性。2.一种基于LCTF和岭回归光谱模型的高光谱成像方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化系统参数：初始化通过光学去噪模块目标光谱范围的宽度为dnm，目标高光谱数据立方体的光谱分辨率为λ2nm，L、W分别表示每个目标光谱数N×L×W据矩阵的长度、宽度，N表示X的深度，N＝d/λ2，对液晶可调谐滤波器LCTF中每级Lyot玻片加载M次不同大小电压构成的电压向量为M≥N，分别表示第一级Lyot玻片、第二级Lyot玻片第m次加载的电压，1≤m≤M；(2)构建高光谱成像系统的传递矩阵：(2a)在宽度为d的目标光谱范围内测量每个电压下液晶可调谐滤波器LCTF的透过率向量，并通过所测量的M个LCTF透过率向量构建维度为M×N的LCTF透过率矩阵(2b)在宽度为d的目标光谱范围内测量灰度相机的光谱响应度，并通过所测量的灰度相机的光谱响应度构建维度为N的灰度相机光谱响应列向量A2；(2c)通过LCTF透过率矩阵和灰度相机光谱响应列向量A2,构建高光谱成像系统的传递矩阵(3)光学去噪模块对场景光进行过滤：光学去噪模块对场景光B中宽度为d的目标光谱范围以外的杂光进行过滤，得到目标光谱范围的场景光B1；(4)液晶可调谐滤波器LCTF对目标光谱范围的场景光进行调谐：2CN113865707A权利要求书2/3页液晶可调谐滤波器LCTF中的电控模块通过计算控制模块中控制模块的控制，将电压向量V1中的每个电压分别加载到液晶可调谐滤光片的第一级Lyot玻片、第二级Lyot玻片上，两级Lyot玻片对接收的目标光谱范围场景光B1进行调谐，得到目标光谱范围调谐后的M个场景光其中，表示目标光谱范围调谐后的第m个场景光；(5)灰度相机采集LCTF调谐后的场景光：灰度相机在计算控制模块中控制模块的控制下，对目标光谱范围调谐后的每个场景光进行采集，得到M个观测光谱图{Y1,Y2,...,Ym,...,YM}，其中，Ym表示第m个大小为L×W的观测光谱图；(6)计算控制模块获取高光谱成像系统的成像结果：(6a)计算控制模块中的数据可视化模块将每个观测光谱图Ym转化为观测光谱数据矩阵并将M个观测光谱数据矩阵组成长度、宽度、深度为L、W、M的观测光谱数据立方体(6b)计算控制模块中的计算模块基于岭回归光谱模型求解目标高光谱数据立方体：(6b1)计算控制模块中的计算模块得到观测光谱数据立方体YL×W×M和高光谱成像系统的传递矩阵φ后，构建关