一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统和成像方法技术方案

本发明专利技术涉及成像光谱仪技术领域，特别涉及一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统和成像方法，包括：光学单元(I)、电学单元(II)和后端数据处理单元(III)；光学单元(I)包括：视场成像组件(1)、空间光调制器(2)、二次成像组件(3)、CGH色散元件(4)和会聚收光部件(5)；电学单元(II)包括：光电阵列探测器(6)、数据采集缓存部件(7)、连续可调谐激光器(8)、标定点生成器(9)和信号同步控制模块(10)；后端数据处理单元(III)包括：投影标定矩阵处理部件(11)和压缩感知成像光谱重建部件(12)；本发明专利技术改善了传统成像光谱受FPA面阵规模和CGH色散元件有限投影角度与范围导致的有限信号测量失锥问题，并且光谱图像清晰。并且光谱图像清晰。并且光谱图像清晰。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统和成像方法


[0001]本专利技术涉及成像光谱仪
，特别涉及一种基于压缩感知采样模型的计算层析成像光谱仪系统和成像方法，和有别于传统基于拉东变换直线积分模型的计算层析成像光谱体制的成像方法。

技术介绍

[0002]成像光谱技术是一种应用驱动的成像技术，集成了成像与光谱测量技术，它具有获取目标场景图谱信息，即二维空间位置信息以及对应空间位置物质的一维光谱分布信息，将空间维和光谱维度相关联，构建出三维数据立方体。成像光谱凭借“图谱合一”特性能提供目标空间分布和物质属性特征，广泛应用于医疗诊断、军事国防、环境监测与农林化工等领域。成像光谱仪按成像原理分为色散型、干涉型和层析型，按成像扫描方式分光机扫描、面阵推扫和凝视成像方式。
[0003]计算层析成像光谱Computed
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Tomography Imaging Spectrometer，CTIS也称为计算机断层扫描成像光谱，它结合了计算机断层扫描(Computed
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Tomography,CT)与焦平面阵列(Foca本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压缩感知计算层析成像光谱仪系统，包括：光学单元(I)、电学单元(II)和后端数据处理单元(III)；其特征在于，所述光学单元(I)包括：视场成像组件(1)、空间光调制器(2)、二次成像组件(3)、CGH色散元件(4)和会聚收光部件(5)；所述电学单元II包括：光电阵列探测器(6)、数据采集缓存部件(7)、连续可调谐激光器(8)、标定点生成器(9)和信号同步控制模块(10)；所述后端数据处理单元(III)包括：投影标定矩阵处理部件(11)和压缩感知成像光谱重建部件(12)；其中，所述信号同步模块(10)，用于生成同步脉冲触发信号，以使空间光调制器(2)、数据采集缓存部件(7)和标定点生成器(9)同步；所述连续可调谐激光器(8)，用于在标定过程中，逐个选择波段并依次输出，所述波段作为标定光源，依次照射到所述视场成像组件(1)，还用于在探测目标过程中输出成像光源，并照射至所述视场成像组件(1)；所述视场成像组件(1)，用于在标定过程中收集标定光信号，并将其成像到所述空间光调制器(2)选定的成像区域；还用于在探测目标过程中收集由观测目标透射、反射或辐射出的探测目标光信号，并成像到所述空间光调制器(2)成像区域；所述空间光调制器(2)包括若干个像素点，用于在标定过程中，所述成像区域内的像素点在所述标定点生成器(9)的控制下，依次开合，用于逐个调制每个像素点的所述标定光信号；其中，调制后的所述标定光信号反射到二次成像组件(3)后成像到CGH色散元件处经调制形成分光投影，并通过所述标定点生成器(9)基于所述标定光信号对应的所述波段和像素点位置，对所述每个像素点的标定光信号进行标定，并将标定点信息发送至所述数据采集缓存部件(7)，以标定每个像素点的调制后的标定光信号的立方体投影关系；还用于在探测目标过程中全部打开成像区域内的像素点，对探测目标光信号进行调制，并全反射至所述二次成像组件(3)；所述二次成像组件(3)，用于在标定过程中收集所述调制后的标定光信号，并进行准直处理，二次成像至所述CGH色散元件(4)，还用于在探测目标过程中，收集所述调制后的探测目标光信号，并进行准直处理，二次成像至所述CGH色散元件(4)；所述CGH色散元件(4)，用于在标定过程中，对二次成像标定光信号进行分光投影处理，以生成标定光谱色散投影光信号，并投射到所述会聚收光部件(5)，还用于在探测目标过程中，对二次成像探测目标光信号进行色散分光处理，以形成探测目标光谱色散投影光信号；所述会聚收光部件(5)，用于在标定过程中，收集所述标定光谱色散投影光信号，并会聚到所述电学单元(II)的光电阵列探测器(6)；还用于在探测目标过程中，收集所述探测目标光谱色散投影光信号，并会聚到所述电学单元(II)的光电阵列探测器(6)；所述光电阵列探测器(6)，用于在标定过程中，探测并收集所述会聚收光部件(5)收集到的所述标定光谱色散投影光信号，并将其转化为投影电信号，以生成标定色散投影图，并将其输入至所述数据采集缓存部件(7)储存；还用于在探测目标过程中，探测并收集所述会聚收光部件(5)收集到的所述探测目标光谱色散投影光信号，并将其转化为投影电信号，以生成目标色散投影图，并将其输入至所述数据采集缓存部件(7)储存；所述投影标定矩阵处理部件(11)，用于在标定过程中，利用所述数据采集缓存部件(7)
中的标定色散投影图和标定点信息，按照空间像素点位置序和波段序进行映射处理，以得到系统投影矩阵，并以稀疏阵形式存储；所述压缩感知成像光谱重建部件(12)，在探测目标过程中，利用所述探测目标光谱色散投影光信号和系统投影矩阵，通过压缩感知重建算法进行光谱立方体重建，以获得光谱图像。2.根据权利要求1所述的压缩感知计算层析成像光谱仪系统，其特征在于，所述空间光调制器(2)的类型包括：数字微镜器件或液晶光阀；所述空间光调制器(2)包括：在空间上排列成一维或二维阵列的若干个独立镜片。3.根据权利要求1所述的压缩感知计算层析成像光谱仪系统，其特征在于，所述二次成像组件(3)包括：准直镜头、光阑和成像镜头；其中，所述光阑用于去除所述调制后的光信号的杂散光，所述经准直镜头用于将调制后的光信号准直；所述成像镜头，用于将准直后的光信号进行二次成像处理，并投射至CGH色散元件(4)。4.根据权利要求1所述的压缩感知计算层析成像光谱仪系统，其特征在于，所述CGH色散元件(4)对所述二次成像光信号进行分光投影处理，所述分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李虎，姚旭日，刘雪峰，王小庆，翟光杰，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：