光谱成像分析系统及光谱成像分析方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光谱成像分析系统及其成像分析方法，光谱成像分析系统包括成像透镜阵列、光计算芯片和图像传感器；成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；光计算芯片包括起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，光计算芯片先通过起偏振器偏振处理，后通过液晶相位延迟器阵干涉处理，以获得入射光谱和产生一组基频与谐波，液晶相位延迟器阵列根据基频和谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过检偏振器检测入射光谱的偏振干涉态信息；图像传感器生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据光谱回归函数计算出入射光谱的物质物理化学量信息。与相关技术相比，本发明专利技术实现了对动态目标进行实时全光谱成像和光谱分析。

【技术实现步骤摘要】
光谱成像分析系统及光谱成像分析方法
本专利技术涉及光谱成像
，尤其涉及一种光谱成像分析系统及光谱成像分析方法。
技术介绍
光谱成像技术通常用于物质成分及组分分析，光谱成像技术可获得物质轮廓纹理信息，光谱分析和成像相结合的光谱成像分析系统可测得图像每个像素的对应物质的化学成分，可在复杂背景下检测和识别高价值目标。在相关技术中，基于液晶可调谐滤波器、声光调谐滤波器分光的凝视式光谱成像分析系统采用可编程调谐的滤光片进行光谱分光，一次采集一个窄带光谱图像，分时多次采集完成图像每像素的光谱拼接，且对各波段图像需要像素级的配准以获得光谱图像数据；基于光栅分光的推扫式光谱成像分析系统通过光栅的缝隙将目标切割成多条线目标，通过推扫的方式获取多条线目标的光谱数据，且同一线目标上各点的光谱信息是同时采集的，最后将多条线目标的光谱信息进行拼接以获得观察目标光谱图像数据；快照式光谱成像分析系统通常把多个像素分为一组，组合成一个“光谱像素”，在“光谱像素”的每个像素镀上特定波长的窄带滤光材料，获取多个波段的光谱信息。但凝视式、推扫式或快照式的光谱成像分析系统均需要利用光谱图像数据处理软件对光谱数据进行分析，提取各像素光谱曲线，建立目标光谱与物质物理化学量信息的回归模型，才能进对图像中各像素对应的物质进行光谱分类或识别。然而，相关技术中，凝视式和推扫式的光谱成像分析系统需要进行光谱扫描，光谱扫描耗时，且光谱数据分析所需的大容量数据传输和大规模计算也需要较长时间，另外还要求在光谱扫描过程中目标保持固定的空间位置，难以处理空间位置发生变化的运动目标，适用性差，难以进行动态目标实时光谱成像分析；而快照式光谱成像分析系统对光谱数据分析的过程需要耗费的时间较长，亦难以进行实时光谱成像分析。因此，实有必要提供一种新的光谱成像分析系统及光谱成像分析方法解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光谱成像分析系统及光谱成像分析方法，以解决难以对动态目标进行实时分析的问题。为达到上述目的，本专利技术提供一种光谱成像分析系统，所述光谱成像分析系统沿光入射方向依次包括：成像透镜阵列，所述成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；光计算芯片，所述光计算芯片的焦面在所述成像透镜阵列的焦面上，所述光计算芯片包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，所述起偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列靠近所述成像透镜阵列的一侧，所述检偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列远离所述成像透镜阵列的一侧，所述光计算芯片接收所述原始图像，并通过所述起偏振器对所述原始图像进行偏振处理，再通过所述液晶相位延迟器阵列对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，所述液晶相位延迟器阵列根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过所述检偏振器检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；以及，图像传感器，所述图像传感器接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。优选的，所述起偏振器的偏振方向与所述液晶相位延迟器阵列的光轴方向之间的夹角为45°。优选的，所述检偏振器包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域的偏振方向与所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为45°，所述第二区域的偏振方向与的所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为135°。优选的，所述光计算芯片还包括设置于所述液晶相位延迟器阵列与所述检偏振器之间的固定相位延迟片，所述固定相位延迟片用于对所述入射光谱进行相位延迟量为的干涉处理。优选的，所述成像透镜阵列包括多个呈阵列分布的透镜单元，所述液晶相位延迟器阵列包括多个呈阵列分布的液晶单元，所述液晶单元与所述透镜单元一一对应设置；一个所述透镜单元获取一个所述原始图像，一个所述液晶单元对与其对应的所述透镜单元所获取的所述原始图像进行干涉处理以获得一个所述入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波。本专利技术提供一种光谱成像分析方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，获取待测目标的原始图像；步骤S2，对所述原始图像进行偏振处理，对偏振后的所述原始图像进行可调相位延迟量的干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数；其中，可通过调节驱动电压的大小调节所述可调相位延迟量的大小，进而调整所述入射光谱的偏振干涉态并重构所述光谱回归函数；步骤S3，检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；步骤S4，利用压缩光学传感算法对所述入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；步骤S5，判断环境光与光谱图像序列之间的响应状态是否发生变化，若是，则根据判断结果实时调节所述驱动电压的大小以调节所述可调相位延迟量的大小，并返回所述步骤S2。优选的，在所述步骤S2中还包括：对所述入射光谱进行相位延迟量为的干涉处理。优选的，所述原始图像包括多个，多个所述原始图像含有相同的空间信息，一个所述原始图像经过偏振干涉处理后生成一个所述入射光谱。本专利技术提供一种光谱成像分析系统，其包括处理器以及存储器，所述存储器中存储有用于所述处理器执行的控制程序，其中，所述控制程序被所述处理器执行时实现本专利技术所述的光谱成像分析方法的步骤。本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术所述的光谱成像分析系统的步骤。与相关技术相比，本专利技术的光谱成像分析系统和光谱成像分析方法中，通过光计算芯片对待测目标的原始图像进行偏振干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，同时根据干涉处理后获得的一组与入射光谱对应的基频与谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，图像传感器利用压缩光学传感算法对入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据光谱回归函数对入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；上述结构和方法中，在图像传感器中同时通过压缩光学传感算法计算出目标的光谱图像序列和通过可重构的光谱回归函数对入射光谱进行光谱数据分析以获得目标的物质物理化学量信息，此处，即把光谱成像和光谱回归分析相融合，使目标在通过光谱成像分析系统的成像过程中，使得光谱图像信息的采集和分析能够同时完成，实现了对动态目标实时的高灵敏度的全光谱成像分析，另外，光谱回归函数可以根据实际应用的需求进行实时的调整，并利用可编程光计算器件，根据环境光及系统光谱响应实时构建光计算所需的透过谱线，具有优良的光环境适应能力，适用性强。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱成像分析系统，其特征在于，其沿光入射方向依次包括：/n成像透镜阵列，所述成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；/n光计算芯片，所述光计算芯片的焦面在所述成像透镜阵列的焦面上，所述光计算芯片包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，所述起偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列靠近所述成像透镜阵列的一侧，所述检偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列远离所述成像透镜阵列的一侧，所述光计算芯片接收所述原始图像，并通过所述起偏振器对所述原始图像进行偏振处理，再通过所述液晶相位延迟器阵列对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，所述液晶相位延迟器阵列根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过所述检偏振器检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；以及，/n图像传感器，所述图像传感器接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像分析系统，其特征在于，其沿光入射方向依次包括：
成像透镜阵列，所述成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；
光计算芯片，所述光计算芯片的焦面在所述成像透镜阵列的焦面上，所述光计算芯片包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，所述起偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列靠近所述成像透镜阵列的一侧，所述检偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列远离所述成像透镜阵列的一侧，所述光计算芯片接收所述原始图像，并通过所述起偏振器对所述原始图像进行偏振处理，再通过所述液晶相位延迟器阵列对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，所述液晶相位延迟器阵列根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过所述检偏振器检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；以及，
图像传感器，所述图像传感器接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。


2.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述起偏振器的偏振方向与所述液晶相位延迟器阵列的光轴方向之间的夹角为45°。


3.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述检偏振器包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域的偏振方向与所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为45°，所述第二区域的偏振方向与的所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为135°。


4.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述光计算芯片还包括设置于所述液晶相位延迟器阵列与所述检偏振器之间的固定相位延迟片，所述固定相位延迟片用于对所述入射光谱进行相位延迟量为的干涉处理。


5.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述成像透镜阵列包括多个呈阵列分布的透镜单元，所述液晶相位延迟器阵列包括多个呈阵列分布的液晶单元，所述液晶单元与所述透镜单元一一对应设...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗飞，梁洪易，刘湘宇，梁朝阳，
申请(专利权)人：深圳市中达瑞和科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44