基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和方法.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CN108955887A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810752548.X(22)申请日2018.07.10(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人许廷发樊阿馨王茜张宇寒余越徐畅(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人温子云仇蕾安(51)Int.Cl.G01J3/447(2006.01)G01J3/02(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图1页(54)发明名称基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和方法(57)摘要本发明公开了一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和成像方法，所述系统包括线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列和面阵探测器；所述线性延迟器的穆勒矩阵设计为每一列前两个元素的绝对值不同；线性延迟器和液晶可调滤光器共同实现偏振维压缩；所述液晶可调滤光器切换L个不同的中心波长，输出每个波段下的图像，实现光谱维压缩；所述数字微镜阵列对每个波段的图像进行编码，实现空间维编码压缩；原始图像依次经线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列后，由面阵探测器探测，获得包含全斯托克斯参量的图像。使用本发明能够实现原始图像全斯托克斯参量的压缩重构。CN108955887ACN108955887A权利要求书1/1页1.一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统，其特征在于，包括：线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列和面阵探测器；所述线性延迟器的穆勒矩阵设计为每一列前两个元素的绝对值不同；线性延迟器和液晶可调滤光器共同实现偏振维压缩；所述液晶可调滤光器切换L个不同的中心波长，输出每个波段下的图像，实现光谱维压缩；所述数字微镜阵列对每个波段的图像进行编码，实现空间维编码压缩；原始图像依次经线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列后，由面阵探测器探测，获得包含全斯托克斯参量的图像。2.一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像方法，其特征在于，包括：步骤1、采用如权利要求1所述的系统探测包含全斯托克斯参量的图像，即二维压缩观测值；步骤2、根据所述二维压缩观测值，利用稀疏编码和正则化优化算法，重构原始图像的四个斯托克斯参量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2为：步骤21、根据线性延迟器和液晶可调滤光器对光波斯托克斯参量的作用形式、液晶可调滤光器对光波各谱段信息的作用形式，以及数字微镜阵列对光波二维空间信息的作用形式，构建系统的观测矩阵H＝ΦE；其中，Φxy表示数字微镜阵列的空间传递矩阵，Φλ表示液晶可调滤光器光谱通道的透过率矩阵；表示克罗内克积；E＝[E1E2E3E4]；其中，Ei为对角阵元素；四个对角矩阵E1、E2、E3、E4的对角阵元素依次为：其中的mpq为线性延迟器的穆勒矩阵Mlr中第p行第q列的元素，p＝1,2，q＝1,2,3,4；Nx、Ny和Nλ分别为原始图像的空间两个维度大小和光谱维度大小；步骤22、利用H和为原始图像的四个斯托克斯参量选定的稀疏基Ψ，构建系统的感知矩阵A＝HΨ；步骤23、将系统探测的所述二维压缩观测值g和所述感知矩阵A代入正则化优化函数，求解出稀疏系数θ；步骤24、利用稀疏基Ψ与稀疏系数θ相乘，获得原始图像的四个斯托克斯参量S0,S1,S2,S3。2CN108955887A说明书1/9页基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和方法技术领域[0001]本发明属于偏振高光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和成像方法，实现偏振维、光谱维和空间维的压缩测量和重构。背景技术[0002]偏振高光谱成像技术是对高光谱成像技术和偏振成像技术的综合。偏振高光谱成像能够同时获取目标的空间、光谱和偏振信息，对目标的几何形影特征，反射、透射和辐射电磁波的光谱特征，表面粗糙度、致密度、电导率、含水量等材料理化特征进行融合感知，进而深层次地对目标实现评估、分类和识别。近年来，国内外对偏振高光谱成像技术开展了大量的研究，已有不少关于偏振高光谱成像技术的基础理论、器件和应用研究的报道。偏振高光谱成像技术在深空探测、地球资源勘查、环境监测、生物医学成像、军事目标识别和食品安全等领域已经得到初步的应用，并且在这些方面的应用价值和前景受到国内外科研机构的重视。[0003]目前，根据偏振高光谱成像方式的不同，偏振高光谱成像技术主要分为色散元件加偏振元件型、新型偏振高光谱干涉成像型和滤光元件加偏振元件型三类。色散元件主要是棱镜和光栅，偏振元件主要是偏振片和相位调制器，滤光元件主要是滤光片和可调谐滤光器。对于高光谱成像技术而言，色散型成像光谱的光谱分辨率和空间分辨本领因受到狭缝宽度的制约，限制了进入系统的光通量，从而