一种可调谐高光谱重构成像方法技术

本发明专利技术涉及高光谱成像技术领域，具体涉及一种可调谐高光谱重构成像方法。本发明专利技术所提供的可调谐高光谱重构成像方法，包括如下步骤：提供可调谐高光谱成像仪，并确定目标场景和目标光谱矩阵；设定所述可调谐高光谱成像仪的调谐参数；通过所述调谐参数控制所述可调谐高光谱成像仪，获取对应的光谱数据；获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵；利用所述信息传递特征矩阵结合所述光谱数据，反向追踪目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵；利用所述稀疏系数矩阵结合所述信息传递特征矩阵，重构目标场景的高光谱数据。本发明专利技术所述提供的调谐高光谱重构成像方法，突破了可调谐高光谱成像仪对光谱空间分辨率的限制，并获得了具有高光谱分辨率的光谱图形。光谱图形。光谱图形。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐高光谱重构成像方法


[0001]本专利技术涉及高光谱成像
，具体涉及一种可调谐高光谱重构成像方法。

技术介绍

[0002]随着光谱技术在生产生活、资源勘探、工业发展等领域深入应用，光谱技术与传统成像技术之间的协同共进发展成为了当前应用光学领域研究的热点。其中，高光谱成像技术是一种通过结合光谱分析技术和成像技术，同时获取目标物体或者目标场景的二维几何空间信息以及一维光谱信息的影像数据处理技术。相较于传统多光谱成像技术，高光谱技术所获得的光谱数据立方体对应更高的光谱分辨率。
[0003]当前，通过级联多个可调谐液晶滤光片制成高分辨可调谐高光谱成像仪器的概率模型已被提出，虽然这类高分辨可调谐高光谱成像仪器能够达到极高的光谱分辨率，但其空间分辨率受到成像仪中探测器的限制；同时，为了获得更高光谱分辨率的成像结果，需对应增加液晶滤光片的级数；但随着液晶滤波片级数的增加，高分辨可调谐高光谱成像仪器对有效场景光的损耗也急速增加。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足以及实际应用的需求，第一方面，本专利技术提供了一种可调谐高光谱重构成像方法，旨在突破可调谐高光谱成像仪对光谱空间分辨率的限制，并获得具有高光谱分辨率的光谱图形。本专利技术所提供的可调谐高光谱重构成像方法，包括如下步骤：提供可调谐高光谱成像仪，并确定目标场景和目标光谱矩阵；设定所述可调谐高光谱成像仪的调谐参数；通过所述调谐参数控制所述可调谐高光谱成像仪，获取对应的光谱数据；获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵；利用所述信息传递特征矩阵结合所述光谱数据，反向追踪目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵；利用所述稀疏系数矩阵结合所述信息传递特征矩阵，重构目标场景的高光谱数据。本专利技术通过表征可调谐高光谱成像仪自身信息传递性能的信息传递特征矩阵，反向追踪可用于重构光谱分辨率高于可调谐高光谱成像仪的目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵，并利用所述稀疏系数矩阵实现了重构目标场景的高光谱数据的重构。同时，在获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵时，可根据可调谐高光谱成像仪在未调谐动作下对任意波段的透过率性能，对在调谐动作下的任意波段的透过率进行合理补充，在保证光谱分辨率提升的同时，也缓解了多级可调谐高光谱滤波器组成的可调谐高光谱成像仪由于滤波级数的增加，造成的有效场景光的损耗增加的问题。
[0005]可选地，所述可调谐高光谱成像仪包括多级可调谐高光谱滤波器。
[0006]可选地，所述确定目标场景和目标光谱矩阵，包括如下步骤：根据可调谐高光谱成像仪的可视范围，设定目标场景的长度L和宽度W；根据所述可调谐高光谱成像仪可探测的光谱范围，设定目标光谱范围Ψ；设定目标光谱分辨率并利用所述目标光谱分辨率结合所述光谱范围Ψ以及光谱分辨率定义所述目标光谱深度n，所述目标光谱深度n满足
如下公式：根据所述目标场景的长度L、宽度W、以及目标光谱深度n，设定目标光谱矩阵G
L
×
W
×
n
。
[0007]可选地，所述的设定所述可调谐高光谱成像仪的调谐参数，包括如下步骤：设定调谐次数，并设定每一次调谐动作时调谐向量的具体参数。
[0008]可选地，所述获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵，包括如下步骤：根据所述调谐向量和调谐次数，分别搭建透过率特征矩阵模型和响应特征矩阵模型；利用所述透过率特征矩阵模型结合所述光谱数据，获得透过率特征矩阵；利用响应特征矩阵模型结合所述光谱数据，获得响应特征矩阵；组合所述透过率特征矩阵和响应特征矩阵，获得所述信息传递特征矩阵。
[0009]进一步可选地，所述透过率特征矩阵模型和所述响应特征矩阵模型，分别满足如下关系式：
[0010][0011][0012]其中，表示透过率特征矩阵模型，ni表示第i段波段，n表示目标光谱深度，m＜＜n，m表示调谐次数，Ψ表示目标光谱范围，表示目标光谱分辨率，表示波段n
i
光线的透过率特征向量，表示波段n
i
光线在调谐向量V
m
下的透过率特征值，I
e
表示环境光强，表示波段n
i
光线通过以调谐向量V
m
调制可调谐高光谱成像仪之前的原始光强，I1表示波段n
i
光线通过以调谐向量V
m
调制可调谐高光谱成像仪之后的光强，R表示响应特征矩阵模型，表示可调谐高光谱成像仪对波段n
i
光线的响应特征值，D(
·
)表示灰度响应函数，所述灰度响应函数的自变量为光强，表示波段n
i
光线的初始光线对应的灰度响应值，D(I
e
)表示环境光线对应的灰度响应值，表示波段n
i
光线通过未调制的可调谐高光谱成像仪后的灰度响应值。
[0013]可选地，所述利用所述透过率特征矩阵模型结合所述光谱数据，获得透过率特征矩阵，还包括如下步骤：提供包含可调谐高光谱成像仪可探测的光谱范围对应波段的混合光；使用所述混合光照射未调谐工作状态下的可调谐高光谱成像仪，并获得对应光谱数据；利用所述对应光谱数据获得原始透过率光谱；通过所述原始透过率光谱，获得所述光谱范围内任意波段的光强损失；利用所述光强损失，补偿对应的透过率特征值。本专利技术针对三级或者三级以上的多级可调谐高光谱成像仪对应的透过率补偿方法，在保证光谱分辨率提升的同时，有效补偿了多级可调谐高光谱滤波器对有效场景光的损耗。
[0014]可选地，所述利用所述信息传递特征矩阵结合所述光谱数据，反向追踪目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵，包括如下步骤：利用所述信息传递特征矩阵将目标光谱矩阵正交化，获得与信息传递特征矩阵不相关的目标光谱矩阵正交基矩阵和初始稀疏系数矩阵；根据正交结果，结合信息传递特征和所述光谱数据，获得重构条件；根据所述重构条件，反向追踪用于重构目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵。本专利技术通过可调谐高光谱成像仪自身的信息传递
特征矩阵，反向追踪用于重构目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵，实现了利用可调谐高光谱成像仪获得的低维光谱数据获得原始场景光对应的高维目标光谱矩阵。
[0015]进一步可选地，所述重构条件满足如下关系式：
[0016][0017]g
L
×
W
×
m
表示通过可调谐高光谱成像仪获得的光谱数据获得的长度为L，宽度为W，光谱深度为m的高光谱数据，K表示信息传递特征矩阵，P表示目标光谱矩阵正交基矩阵，Q表示初始稀疏系数矩阵，min||Q||0表示初始稀疏系数矩阵的最小零阶范数，Q
′
表示稀疏系数矩阵。
[0018]可选地，所述利用所述稀疏系数矩阵结合所述信息传递特征矩阵，重构目标场景的高光谱数据，包括如下步骤：利用所述稀疏系数矩阵结合所述信息传递特征矩阵，搭建重构模型，利用所述重构模型，重构所述目标场景的高光谱数据，其中，所述重构模型满足如下公式：
[0019][0020]所述利用所述稀疏系数矩阵结合所述信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述可调谐高光谱重构成像方法，包括如下步骤：提供可调谐高光谱成像仪，并确定目标场景和目标光谱矩阵；设定所述可调谐高光谱成像仪的调谐参数；通过所述调谐参数控制所述可调谐高光谱成像仪，获取对应的光谱数据；获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵；利用所述信息传递特征矩阵结合所述光谱数据，反向追踪目标光谱矩阵的稀疏系数矩阵；利用所述稀疏系数矩阵结合所述信息传递特征矩阵，重构目标场景的高光谱数据。2.根据权利要求1所述的可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述可调谐高光谱成像仪包括多级可调谐高光谱滤波器。3.根据权利要求1所述的可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述确定目标场景和目标光谱矩阵，包括如下步骤：根据可调谐高光谱成像仪的可视范围，设定目标场景的长度L和宽度W；根据所述可调谐高光谱成像仪可探测的光谱范围，设定目标光谱范围Ψ；设定目标光谱分辨率并利用所述目标光谱分辨率结合所述光谱范围Ψ以及光谱分辨率定义所述目标光谱深度n，所述目标光谱深度n满足如下公式：根据所述目标场景的长度L、宽度W、以及目标光谱深度n，设定目标光谱矩阵G
L
×
W
×
n
。4.根据权利要求1所述的可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述的设定所述可调谐高光谱成像仪的调谐参数，包括如下步骤：设定调谐次数，并设定每一次调谐动作时调谐向量的具体参数。5.根据权利要求4所述的可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述获取可调谐高光谱成像仪的信息传递特征矩阵，包括如下步骤：根据所述调谐向量和调谐次数，分别搭建透过率特征矩阵模型和响应特征矩阵模型；利用所述透过率特征矩阵模型结合所述光谱数据，获得透过率特征矩阵；利用响应特征矩阵模型结合所述光谱数据，获得响应特征矩阵；组合所述透过率特征矩阵和响应特征矩阵，获得所述信息传递特征矩阵。6.根据权利要求5所述的可调谐高光谱重构成像方法，其特征在于，所述透过率特征矩阵模型和所述响应特征矩阵模型，分别满足如下关系式：阵模型和所述响应特征矩阵模型，分别满足如下关系式：其中，表示透过率特征矩阵模型，n
i
表示第i段波段，i＝1,
…
,n，n表示目标光谱深度，m＜＜n，m表示调谐次数，Ψ表示目标光谱范围，表示目标光谱分辨率，表示波段n
i
光线的透过率特征向量，表示波段n
i
光线在调谐向量V
m
下的透过率特征值，I
e
表示环境光强，表示波段n
i
光线通过以调谐向量V
m
调制可调谐高光谱成像仪之前的原始光强，I1表示波段n
i
光线通过以调谐向量V
m
调制可调谐高光谱成像仪之后的光强，R表

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宏飞，李雯雯，
申请(专利权)人：滁州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：