【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱成像
,尤其涉及一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置与测量方法。
技术介绍
光谱成像技术是一种将成像技术和光谱技术结合为一体的技术,能够同时获取目标场景的图像信息和光谱信息,在研究地物空间结构的同时,能够获取其物理特性,便于地物的探测、识别。在高光谱成像中,不仅需要获得目标场景高分辨率的二维空间信息,同时也要获得高分辨率的光谱信息,因此高光谱数据的数据量巨大,为存储、传输及数据处理带来了很大的压力。如何对高光谱数据进行高效的压缩,降低数据维数成为高光谱数据处理的重要研究内容。压缩感知理论的提出,为快速获取高光谱数据提供了理论基础。使得成像系统在数据采集过程中可以明显减少数据量,并利用自然图像的稀疏性进行重构。其基本原理如下:如果长度为N的信号x在某个变换基Ψ下是稀疏的(即系数中只有少量的非零元素),若把其投影到另一个与变换基Ψ不相关的观测矩阵Φ上,得到观测信号y:M×1,通过求解优化问题:在M<<N的情况下,信号x可由观测信号y高概率重构。该问题的求解方法主要有基追踪法、梯度投影法和迭代阈值收缩法等。正交匹配追踪算法是一种典型的基追踪法,其基本思路是从过完备原子库中,选择一个与信号最匹配的原子构建一个稀疏逼近,并求出信号残差,然后继续选择与信号残差最匹配的原子,反复迭代,信号可以由这些原子来线性和,再加上最后的残差值来表示。在现有的高光谱成像及数据处理中,高光谱图像的降维通常是在获取到数据之后进行的,即在已经采集到的大量数据中挑选出能够用于后续处理的有效数据,抛弃掉大量冗余数据,这样必然会造成探测器性能和数据采集时间的浪费。传 ...
【技术保护点】
一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置,其特征在于,包括前置透镜(2)、波段选择与分光模块(3)、空间编码模块(4)、准直透镜(5)、面阵探测器(6)、数据存储模块(7)、计算重构模块(8);所述前置透镜(2)将目标场景(1)的光线会聚;所述波段选择与分光模块(3)接收前置透镜(2)的透射光,并使透射光中选定的一系列中心波长的光通过,完成光谱维的编码;所述选定的一系列中心波长的光满足如下条件:1)包含目标场景(1)信息量最大;2)使目标场景(1)的可区分性最好;3)彼此间相关性最弱;4)使目标场景(1)的光谱特征差异性最大;所述空间编码模块(4)接收通过波段选择与分光模块(3)的出射光;在空间编码模块(4)通过0/1调制模板对入射光实现二维空间信息的调制,其中,0/1调制模板是互不相关的二维随机矩阵,且随着每次调制的入射光中心波长不同,二维随机矩阵也不同;且每一个矩阵元的取值为0或1,服从高斯随机分布;同时,当矩阵元为0时,该矩阵元处的入射光不能透射;当矩阵元为1时,该矩阵元处的入射光能透射;所述准直透镜(5)将调制后的包含二维空间信息的光线进行缩束和准直,得到平行光束;所述面阵探测 ...
【技术特征摘要】
1.一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置,其特征在于,包括前置透镜(2)、波段选择与分光模块(3)、空间编码模块(4)、准直透镜(5)、面阵探测器(6)、数据存储模块(7)、计算重构模块(8);所述前置透镜(2)将目标场景(1)的光线会聚;所述波段选择与分光模块(3)接收前置透镜(2)的透射光,并使透射光中选定的一系列中心波长的光通过,完成光谱维的编码;所述选定的一系列中心波长的光满足如下条件:1)包含目标场景(1)信息量最大;2)使目标场景(1)的可区分性最好;3)彼此间相关性最弱;4)使目标场景(1)的光谱特征差异性最大;所述空间编码模块(4)接收通过波段选择与分光模块(3)的出射光;在空间编码模块(4)通过0/1调制模板对入射光实现二维空间信息的调制,其中,0/1调制模板是互不相关的二维随机矩阵,且随着每次调制的入射光中心波长不同,二维随机矩阵也不同;且每一个矩阵元的取值为0或1,服从高斯随机分布;同时,当矩阵元为0时,该矩阵元处的入射光不能透射;当矩阵元为1时,该矩阵元处的入射光能透射;所述准直透镜(5)将调制后的包含二维空间信息的光线进行缩束和准直,得到平行光束;所述面阵探测器(6)接收准直透镜(5)输出的包含二维空间信息的平行光束,并将二维空间信息转换为调制图像;所述数据存储模块(7)将面阵探测器(6)的输出的调制图像进行采集存储;所述计算重构模块(8)接收数据存储模块(7)存储的调制图像,并通过调制图像计算得到目标场景(1)中选定中心波长的光的图像信息和光谱信息,完成选定中心波长的高光谱计算成像。2.如权利要求1所述的一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置,其特征在于,所述波段选择与分光模块(3)包括液晶可调滤光器(31)和液晶可调滤光器控制器(32),其中液晶可调滤光器控制器(32)通过改变加载在液晶可调滤光器(31)上的控制电压来改变通过波段选择与分光模块(3)的入射光的中心波长。3.如权利要求1所述的一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置,其特征在于,所述空间编码模块(4)采用透射式编码模块,其中透射式编码模块包括透射式液晶空间光调制器(41)和空间光调制器控制器(42);其中空间光调制器控制器(42)控制透射式液晶空间光调制器(41)上加载的二维随机矩阵,对入射光进行二维空间信息的调制。4.如权利要求1所述的一种三维编码的液晶高光谱计算成像测量装置,其特征在于,所述空间编码模块(4)采用反射式编码模块,其中反射式编码模块包括反射...
【专利技术属性】
技术研发人员:许廷发,王茜,张宇寒,徐畅,闫歌,苏楠楠,谭翠媚,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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