一种单像素紫外偏振成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单像素紫外光谱偏振成像方法及系统，包括紫外光源，紫外光源依次经过滤波单元、第一透镜、成像目标、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、偏振单元和单像素紫外探测模块，单像素紫外探测模块、数据采集模块和图像复原模块依次连接，控制模块、数据采集模块和空间光调制器连接，控制模块用于控制空间光调制器和数据采集模块。发明专利技术运用了压缩感知理论，将图像或者光谱信息进行压缩编码，仅使用单个像素的紫外探测器就能获取目标的二维偏振图像或光谱信息，解决了现有的紫外成像仪价格昂贵，存储数据量大的所带来的数据传输问题，并且为实现紫外偏振成像提供了一种新方案。

【技术实现步骤摘要】
一种单像素紫外偏振成像方法及系统
本专利技术涉及光学成像领域，具体涉及一种单像素紫外光谱偏振成像方法及系统。
技术介绍
紫外成像技术具有重要的应用需求与和研究价值。现有的紫外成像系统中所采用的紫外阵列探测器件的制作工艺难度大，导致整体系统成本高，所使用的成像原理的存储数据量大，其应用范围受到限制。单像素紫外光谱成像技术相比较传统的紫外成像仪而言，探测器件工艺相对简单，成像系统成本低。目前，单像素成像技术在可见光与红外波段已经有了较大发展并实现了一定程度的工程应用。而在紫外波段，高性能的紫外探测器与单像素的紫外成像光学系统的研究并没有很多实质性的进展。另外，偏振成像技术研究也大多集中在可见光与红外波段，偏振成像能够利用偏振矢量信息增强对成像目标的识别能力，提高成像信噪比，最终改善成像的质量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的紫外成像系统制作工艺难度大，整体系统成本高，所使用的成像原理的存储数据量大，其应用范围受到限制，目的在于提供一种单像素紫外光谱偏振成像方法及系统，运用压缩感知理论，将图像或者光谱信息进行压缩编码，仅使用单个像素的紫外探测器就能获取目标的二维偏振图像或光谱信息，解决了紫外探测器件成本高、成像速度慢、存储数据量大的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种单像素紫外光谱偏振成像系统，包括紫外光源、滤波单元、第一透镜、成像目标、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、偏振单元、单像素紫外探测模块、数据采集模块、图像复原模块和控制模块，所述紫外光源发射出的光经过所述滤波单元得到窄带紫外光，所述窄带紫外光经由第一透镜进行聚焦照射到所述成像目标上，获得目标成像信息，所述目标成像信息经由第二透镜照射到所述空间光调制模块进行光线调制，调制后的包含目标成像信息的光线经过所述第三透镜聚到所述偏振单元，所述偏振单元提取出成像目标的紫外偏振信息，再由所述单像素紫外探测模块采集所述成像目标的紫外偏振信息，所述数据采集模块将所述单像素紫外探测模块中的成像目标的紫外偏振信息由光信号信息转换为电信号信息，所述图像复原模块用于处理所述电信号信息进行图像复原，所述控制模块控制所述空间光调制模块进行光线调制。本专利技术首先将紫外光源通过滤波单元后由第一透镜照射到成像目标上，而后利用空间光调制器对包含有成像目标图像信息的光线进行调制，根据压缩感知原理，空间光调制器上显示为提前准备好的感知矩阵掩膜，然后调制后的光通过偏振模块提取成像目标的偏振信息，利用单像素紫外探测模块探测得到调制后光线的总光强，得到单像素测量值，测量值通过数据采集模块传输到计算机上使用算法进行图像复原。空间光调制器编码压缩过程，是整个成像系统的核心。利用信号在某种编码域中的稀疏性，将空间于信号映射到编码域中进行采样，只需要采集少量的测量值就可以恢复处目标图像信息，其采样频率可低于奈奎斯特频率，这样同时减小了对采样率与存储数据量的要求。进一步的，所述滤波单元包括一个或多个滤波片，所述滤波片为与所述紫外光源的波长对应的窄带滤波片。滤波单元用于对紫外光源进行窄带滤波，可以包含多个滤光片，可以分时进行对不同窄带紫外波段的滤波，可用以获取光谱信息。进一步的，所述偏振单元包括一个或多个偏振片，偏振片用于获取成像目标的偏振信息。优选的，所述多个偏振片包括多个偏振方向的偏振片，用于实现多个偏振方向的选择。进一步的，所述第一透镜、第一二透镜和第三透镜均为凸透镜。进一步的，所述单像素紫外探测模块包括光电传感器，所述光电传感器为紫外雪崩光电二极管。进一步的，所述空间光调制器为数字微镜。用于对投射到空间光调制器的目标图像信息进行编码。进一步的，基于感知压缩理论，通过控制模块对空间光调制器和数据采集模块进行控制，所述系统包括以下控制过程：A1：所述控制模块根据目标图像的图像分辨率生成感知矩阵，所述感知矩阵包括M行；A2：将感知矩阵中第N行数据加载到所述空间光调制器中，用于控制所述空间光调制器进行偏转，且所述数据采集模块完成一次数据采集，其中N为大于1的自然数，且N的初始值为1；A3：若N小于M，则将N定义为N+1，并重复步骤A2；A4：所述数据采集模块采集M次后的数据，得到y矩阵；A5：根据y矩阵，通过压缩感知复原算法进行图像重构。本专利技术的另一种实现方式，一种单像素紫外光谱偏振成像方法，包括以下步骤：B1：紫外光源的光经过滤波后，由透镜照射到成像目标上，再经过透镜聚集到空间光调制器；B2：经过空间光调制器调制后的光，经过透镜和偏振模块，提取出成像目标的偏振信息，B3：再经过单像素紫外探测模块探测得到单像素测量值，基于压缩感知理论，将所述单像素测量值经过数据采集上传至计算机；B4：通过复原算法恢复出目标图像。紫外光源通过分光装置(即滤波)将不同波段的紫外光投射到目标物上，目标物反射光所携带的空间和光谱信息经过空间光调制器编码压缩后，通过透镜和偏振模块，将目标信息耦合到单像素紫外探测模块上，再将光电转换后得到的电信号经过数模转换、数据采集后，根据不同的光强和时序编码信号进行解码，利用图形压缩与复原算法软硬件解码复原图像和提取光谱信息。进一步，所述复原算法包括正交匹配追踪算法或压缩采样匹配追踪算法。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术将成像技术和光谱技术相结合，在探测二维空间信息的基础上，还可以获取目标的紫外光谱信息，可以实现对具有紫外光谱特征目标的定位、定性和定量分析。本专利技术运用了压缩感知理论，将图像或者光谱信息进行压缩编码，仅使用单个像素的紫外探测器就能获取目标的二维偏振图像或光谱信息，解决了现有的紫外成像仪价格昂贵，存储数据量大的所带来的数据传输问题，并且为实现紫外偏振成像提供了一种新方案。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术系统结构示意图；图2为本专利技术数据采集流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1如图1所示，本实施例1是一种单像素紫外光谱偏振成像系统，在于解决目前的紫外探测器件成本高、成像速度慢、存储数据量大的问题。本实施例1成像系统，依次包括：紫外光源、滤波单元、第一透镜、成像目标、第二透镜、空间光调制模块、第三透镜、偏振单元、紫外探测模块，另外紫外探测模块、数据采集模块和图像复原模块依次连接。控制模块连接空间光调制模块和数据采集模块，控制模块对空间光调制模块和数据采集模块进行控制。控制模块和图像复原模块均通过计算机来实现。首先由紫外光源发射出稳定的宽谱紫外光，宽谱紫外光通过滤波单元得到窄带紫外光，如滤波单元使用中心波长为350nm紫外窄带滤光片，窄带紫外光波长范围约为345nm-355nm，带宽10nm；窄带紫外光经由透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，包括紫外光源、滤波单元、第一透镜、成像目标、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、偏振单元、单像素紫外探测模块、数据采集模块、图像复原模块和控制模块，所述紫外光源发射出的光经过所述滤波单元得到窄带紫外光，所述窄带紫外光经由第一透镜进行聚焦照射到所述成像目标上，获得目标成像信息，所述目标成像信息经由第二透镜照射到所述空间光调制模块进行光线调制，调制后的包含目标成像信息的光线经过所述第三透镜聚到所述偏振单元，所述偏振单元提取出成像目标的紫外偏振信息，再由所述单像素紫外探测模块采集所述成像目标的紫外偏振信息，所述数据采集模块将所述单像素紫外探测模块中的成像目标的紫外偏振信息由光信号信息转换为电信号信息，所述图像复原模块用于处理所述电信号信息进行图像复原，所述控制模块控制所述空间光调制模块进行光线调制。/n

【技术特征摘要】
1.一种单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，包括紫外光源、滤波单元、第一透镜、成像目标、第二透镜、空间光调制器、第三透镜、偏振单元、单像素紫外探测模块、数据采集模块、图像复原模块和控制模块，所述紫外光源发射出的光经过所述滤波单元得到窄带紫外光，所述窄带紫外光经由第一透镜进行聚焦照射到所述成像目标上，获得目标成像信息，所述目标成像信息经由第二透镜照射到所述空间光调制模块进行光线调制，调制后的包含目标成像信息的光线经过所述第三透镜聚到所述偏振单元，所述偏振单元提取出成像目标的紫外偏振信息，再由所述单像素紫外探测模块采集所述成像目标的紫外偏振信息，所述数据采集模块将所述单像素紫外探测模块中的成像目标的紫外偏振信息由光信号信息转换为电信号信息，所述图像复原模块用于处理所述电信号信息进行图像复原，所述控制模块控制所述空间光调制模块进行光线调制。


2.根据权利要求1所述的单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，所述滤波单元包括一个或多个滤波片，所述滤波片为与所述紫外光源的波长对应的窄带滤波片。


3.根据权利要求1所述的单单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，所述偏振单元包括一个或多个偏振片。


4.根据权利要求3所述的单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，所述多个偏振片包括多个偏振方向的偏振片。


5.根据权利要求1所述的单像素紫外光谱偏振成像系统，其特征在于，所述第一透镜、第一二透镜和第三透镜均为凸透镜。


6.根据权利要求1所述的单像...

【专利技术属性】
技术研发人员：马勇，潘武，王玺，张振，何金橙，杨力豪，刘艺，杨龙亮，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50