环形波长渐变滤光片和压缩感知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CN110987182A(43)申请公布日2020.04.10(21)申请号201911171598.X(22)申请日2019.11.26(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)发明人刘丹华秦健瑞高大化姜嵩石光明牛毅林杰(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人田文英王品华(51)Int.Cl.G01J3/28(2006.01)G01J3/02(2006.01)G01J3/12(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称环形波长渐变滤光片和压缩感知的高光谱成像系统及方法(57)摘要本发明公开一种环形波长渐变滤光片和压缩感知的高光谱成像系统及成像方法，用于高光谱图像的获取和重构，加快光谱图像的获取速度。本发明的成像系统包括包括中轴、高速电机、镜头、探测器阵列、混合光谱处理模块以及通过固定在外壳上的中轴与高速电机相连的环形波长渐变滤光片，使得高光谱图像的谱间分辨率可变，为高光谱图像中保留了更多的谱段信息。本发明的方法，通过计算所选像素点位置的混叠矩阵，克服了现有技术方法需要成像装置曝光时间与被动滤光片转动速率相配合问题，使得本发明的成像方法与成像系统的耦合性降低，成像系统易于控制。CN110987182ACN110987182A权利要求书1/3页1.一种环形波长渐变滤光片和压缩感知的高光谱成像系统，包括中轴(2)、高速电机(6)、镜头(7)、探测器阵列(8)；其特征在于，还包括混合光谱处理模块(12)以及通过固定在外壳(1)上的中轴(2)与高速电机(6)相连的环形波长渐变滤光片(5)；所述环形波长渐变滤光片(5)在不同角度位置处沉积了不同厚度的各层膜，其峰值波长与环形基底的角度成正比例相关；所述混合光谱处理模块(12)通过数据线(10)与探测器阵列(8)的输出端相连；所述混合光谱处理模块(12)包括选取单元、开始波长计算单元、结束波长计算单元、混叠矩阵生成单元、光强测算单元、观测单元、采样率判断单元、欠采样重构单元、满采样重构单元、终止判断单元和高光谱图像合成单元；其中：所述的环形波长渐变滤光片(5)、镜头(7)、探测器阵列(8)，用于通过控制环形渐变滤光片(5)转动，探测器阵列(8)对同一场景进行K次曝光，并同时将每次曝光的数据传输至混合光谱处理模块(12)，将同一场景每次曝光的数据组成一张混合光谱图像；所述的混合光谱处理模块(12)中的选取单元，用于从每张混合光谱图像中选取相同平面位置处的未被选取的一个像素点；所述的混合光谱处理模块(12)中的开始波长计算单元，用于计算每张混合光谱图像中所选像素点对应的拍摄曝光开始时的波长值；所述的混合光谱处理模块(12)中的结束波长计算单元，用于计算每张混合光谱图像中所选像素点对应的拍摄曝光结束时的波长值；所述的混合光谱处理模块(12)中的混叠矩阵生成单元，用于生成一个行数与曝光次数K相等，列数与恢复重构出的高光谱图像的谱段总数L相等的矩阵，按照混合光谱图像序号逐行将1填充在对应序号混合光谱图像曝光开始时的波长值与曝光结束时的波长值之间的位置上，0填充在其余位置上，组成混叠矩阵；所述的混合光谱处理模块(12)中的光强测算单元，用于将环形波长渐变滤光片(5)沿圆周从零度位置处开始等分为N份，计算每份的平均波长λ，测量自然光透过不同特定波长λ滤光片后的光强组成的光强矩阵P，其中，N的取值与恢复重构出的高光谱图像的谱段总数L相等；所述的混合光谱处理模块(12)中的观测单元，用于混叠矩阵A(x,y)与光强矩阵P点乘，得到所有混合光谱图像中所选平面位置的观测矩阵P(x,y)；所述混合光谱处理模块(12)中的采样率判断单元，用于判断采样率是否小于1，若是，采用欠采样重构单元重构所选像素点对应位置的光谱信息，否则，采用满采样重构单元重构所选像素点对应位置的光谱信息；所述的混合光谱处理模块(12)中的欠采样重构单元，用于对采样率小于1时的所选像素点进行重构，得到重所选像素点对应位置的光谱信息；所述的混合光谱处理模块(12)中的满采样重构单元，用于对采样率大于等于1时的所选像素点进行重构，得到重所选像素点对应位置的光谱信息；所述的混合光谱处理模块(12)中的终止判断单元，用于判断是否选完每张混合光谱图像中的所有像素点,若是,采用高光谱合成单元对重构的光谱信息按照平面坐标进行组合，得到重构后的高光谱图像，否则，再次使用选取单元从每张混合光谱图像中选取相同平面位置处的未被选取的一个像素点；所述的混合光谱处理模块(12)中的高光谱图像合成单元，用于对重构的光谱信息按照2CN110987182A权利要求书2/3页平面坐标进行组合，得到重构后的高光谱图像。2.根据权利要求1