本发明专利技术涉及一种基于哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法，包括以下步骤：步骤１：组装光谱仪：连接第一激光器、成像仪、采集卡和计算机，装调好激光器使其能照射进成像仪镜筒；步骤２：给数字微镜器件ＤＭＤ进行４ｎ－１（ｎ为自然数）阶哈达玛编码，得到相应的当前循环矩阵；步骤３：采集数据等步骤。本发明专利技术解决了现有的光谱仪利用率低的技术问题，本发明专利技术具有多路传输、辐射通量大等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
目前常见的成像光谱仪有色散型、滤光片型、干涉型和计算层析型等。应用于哈达码变换原理的光谱仪主要是色散型，色散型又可以分为基于棱镜和光栅等形式，其中以采用光栅的色散型成像光谱仪最为突出。作为光栅色散型成像光谱仪具有原理简洁、性能稳定等优点，但其能量利用率低的致命弱点严重阻碍着他们的进一步发展，而基于哈达码变换色散型成像光谱仪正是解决这一难题的有效手段。 本专利技术所涉及的哈达玛光谱仪是瞄准天基目标捕获系统开展的研究工作。其应用到太空中，主要实现对人造天体的捕获和对不同人造天体目标的辨识；应用到科学研究，主要能够完成对太空碎片分类。多谱段自适应光谱仪原型样机是在方案论证的基础上进一步开展的研究工作。参考专利《一种哈达玛变换成像光谱仪》，专利号200910022956.0，公开号CN101571421A。本专利对多谱段自适应光谱仪原型样机的光机系统设计、成像电路设计及光谱数据处理进行了详细说明。
技术实现思路
为了解决现有的光谱仪利用率低的技术问题，本专利技术目的是提供。 本专利技术的技术解决方案 ，其特殊之处在于包括以下步骤 步骤1]组装光谱仪连接第一激光器、成像仪、采集卡和计算机，装调好激光器使其能照射进成像仪镜筒； 步骤2]给数字微镜器件DMD进行4n-1(n为自然数)阶哈达玛编码，得到相应的当前循环矩阵； 步骤3]采集数据包括以下步骤 数字微镜器件DMD依次加载4n-1阶当前循环矩阵的第一行至第4n-1行，采集保存得到4n-1幅图像； 步骤4]取采集到的4n-1幅图像的第一幅图像，取第一图像可视区域内水平平分线的任意一点(i，j)(i，j为自然数)值y1，然后依次取第二幅至4n-1幅图像的(i，j)点的值，依次排列形成一个4n-1行的列向量；即{T} 步骤5]用当前循环矩阵的逆矩阵乘以步骤4]所得到的列向量，得到一个光谱值列向量，光谱值列向量的元素值即为对应波长相对光谱强度； 步骤6]以波长为横坐标，以相对光谱强度为纵坐标绘制光谱曲线，并找出波峰所对应的波长位置； 步骤7]判读步骤6]中至少有一个波峰所对应的波长位置是否与所用激光器的波长相近，即是否满足式1 其中y-所用激光器的波长，x-光谱曲线波峰所对应的波长位置，仪器最大最小波长是指所用成像仪所能覆盖的光谱波长上限与下限； 如果满足式1，则执行步骤8]； 如果不满足式1，则执行步骤9]； 步骤8]观察光谱曲线是否有两个或多个相等的峰值，也就是波峰所对应的波长x值是否唯一，并判断|y-x|与 的关系 如果x值不唯一，或 那么定义当前循环矩阵为备用矩阵，执行步骤10]； 如果x值唯一，并且有 那么当前循环矩阵就是复原矩阵，则执行步骤11]； 步骤9]取循环矩阵第二行为首行，其它行依次排列，第一行换到最后一行，形成循环矩阵，以循环矩阵作为当前循环矩阵，重复步骤5]，步骤6]，步骤7]； 步骤10换波长不同的第二激光器(波长需在仪器覆盖波长范围之内)，上述步骤中确定的备用矩阵为当前循环矩阵，重复步骤3]、4]、5]、6]、7]； 步骤11]取水平平分线上的另外一点重复步骤4]、5]、6]、7]直至得到该水平平分线上所有像素点所对应的复原矩阵。 由哈达码编码的原理知道编码后采集到的图像的同一列像素所用的复原矩阵相同，所以知道了水平平分线像素点的复原矩阵相当于知道了整幅图像的复原矩阵。这些复原矩阵就是光谱仪在工程实践中探测所需要的目标时，用于复原目标点的光谱所使用的矩阵即X＝S-1gY；其中X表示目标物光谱相对强度，S表示复原矩阵，Y表示采集的编码图像。 n＝2。 所述步骤1中装调好激光器使其能照射进成像仪镜筒之前，在成像仪镜筒前用晒图纸之类的东西稍稍挡一下激光。 本专利技术的技术效果 1、多路传输若光谱分辨单元总数为N，在常规光谱仪检测一个分辨单元，哈达玛变换光谱仪可检测N/2个分辨单元。由于探测器接收到的信息量增加，而噪音没有改变，根据统计学中的称量设计法则，哈达玛变换光谱仪的信噪比为常规光谱仪的 倍。因此，在色散系统中，当模板的编码数N增加时，哈达玛变换光谱仪的信噪比有明显的改善。哈达玛变换光谱仪在弱照度情况下，信噪比近似于线性的增加，当光源的辐射强度超过70μW/m2，信噪比逐渐成为一个常数。 2、辐射通量大哈达玛变换光谱仪因为是多路传输，所以辐射通量大。当入射和出射狭缝均为循环码编码模板时，辐射的利用率比常规光谱仪可提高百余倍。 3、空间成像哈达玛变换光谱仪具有空间成像能力，这是其它多路传输光谱所不具备的。 4、经济简便哈达玛变换光谱仪的编码、解码等信息处理方法简单，仪器加工制造比较容易，它是介于经典色散光谱与傅里叶变换光谱之间的技术，是一种空间的变换，而不是频率或时间域的变换，因此较经济简便。 5、本专利技术集中在于解决如何进行光谱复原，应用本文中所采用的光谱复原方法具有一定的普遍适用性，可以用于所有哈达玛变换光谱光谱仪的光谱复原，并且对其他一些光谱仪的实验室定标有一定的指导意义。 附图说明 图1是本专利技术系统的原理示意图； 图2是本专利技术原理的结构框图； 图3为本专利技术数据立方体形成； 图4为本专利技术实施例中的复原过程。 具体实施例方式 哈达码变换成像光谱仪，包括前置成像系统、第一准直透镜、分光器件、第一会聚透镜、数字微镜器件、第二准直透镜、合光器件、第二会聚透镜、像面探测器；前置成像系统包括前置成像镜；前置成像镜用于将物体成像于一次像面位置；第一准直透镜、分光器件、第一会聚透镜和数字微镜器件构成分光调制系统，其中第一准直透镜和分光器件依次设置于前置成像系统的出射光路；第一会聚透镜和数字微镜器件依次设置于分光器件的出射光路；第二准直透镜、合光器件、第二会聚透镜和像面探测器构成合光成像系统，其中第二准直透镜和合光器件依次设置于分光调制系统的出射光路；第二会聚透镜和像面探测器依次设置于合光器件的出射光路；第一准直透镜和第一会聚透镜构成相同，第二准直透镜和第二会聚透镜构成相同；第一准直透镜用于将成像于一次像面位置的光准直成平行光；分光器件用于将第一准直透镜准直的平行光进行色散；第一会聚透镜用于将色散后的平行光进行聚焦；数字微镜器件用于实现光路通断/编码；第二准直透镜用于将编码后的光束准直；合光器件用于将第二准直透镜准直后的光束合成；第二会聚透镜用于将合成后的平行光在像面探测器上进行合光成像。 如图1、图2所示为本专利技术的系统的原理示意图，一种哈达玛变换成像光谱仪，它包括依次连接的激光器、成像仪、采集卡以及计算机，成像仪设置有数字微镜器件DMD。 本专利技术还包括基于这个哈达玛变换成像光谱仪的一种光谱复原方法，包括以下步骤 步骤1]组装光谱仪连接第一激光器、成像仪、采集卡和计算机，装调好激光器使其能照射进成像仪镜筒；在成像仪镜筒前用晒图纸之类的东西稍稍挡一下激光。 步骤2]给数字微镜器件DMD进行4n-1(n为自然数)阶哈达玛编码，得到相应的当前循环矩阵；哈达玛矩阵的首行是确定的，可以采用左移或右移得到相应的循环矩阵。我们采用左移的循环矩阵，主要因为左移矩阵是对称矩阵，逆变换相对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤１］：组装光谱仪：连接第一激光器、成像仪、采集卡和计算机，装调好激光器使其能照射进成像仪镜筒；步骤２］：给数字微镜器件ＤＭＤ进行４ｎ－１（ｎ为自然数）阶哈达玛编码，得到相应的当前循环矩阵；步骤３］：采集数据：包括以下步骤：数字微镜器件ＤＭＤ依次加载４ｎ－１阶当前循环矩阵的第一行至第４ｎ－１行，采集保存得到４ｎ－１幅图像；步骤４］：取采集到的４ｎ－１幅图像的第一幅图像，取第一图像可视区域内水平平分线的任意一点（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊ为自然数）值ｙ↑［１］，然后依次取第二幅至４ｎ－１幅图像的（ｉ，ｊ）点的值，依次排列形成一个４ｎ－１行的列向量；即｛［ｙ↑［１］ｙ↑［２］ｙ↑［３］……ｙ↑［（４ｎ－１）］］↑［Ｔ］｝步骤５］：用当前循环矩阵的逆矩阵乘以步骤４］所得到的列向量，得到一个光谱值列向量，光谱值列向量的元素值即为对应波长相对光谱强度；步骤６］：以波长为横坐标，以相对光谱强度为纵坐标绘制光谱曲线，并找出波峰所对应的波长位置；步骤７］：判读步骤６］中至少有一个波峰所对应的波长位置是否与所用激光器的波长相近，即是否满足式１：｜ｙ－ｘ｜≤仪器最大波长－仪器最小波长／４ｎ－２／２；其中：ｙ－所用激光器的波长，ｘ－光谱曲线波峰所对应的波长位置，仪器最大最小波长是指所用成像仪所能覆盖的光谱波长上限与下限；如果满足式１，则执行步骤８］；如果不满足式１，则执行步骤９］；步骤８］：观察光谱曲线是否有两个或多个相等的峰值，也就是波峰所对应的波长ｘ值是否唯一，并判断｜ｙ－ｘ｜与仪器最大波长－仪器最小波长／４ｎ－２／２的关系：如果ｘ值不唯一，或｜ｙ－ｘ｜＝仪器最大波长－仪器最小波长／４ｎ－２／２，那么定义当前循环矩阵为备用矩阵，执行步骤１０］；如果ｘ值唯一，并且有｜ｙ－ｘ｜≠仪器最大波长－仪器最小波长／４ｎ－２／２，那么当前循环矩阵就是复原矩阵，则执行步骤１１］；步骤９］取循环矩阵第二行为首行，其它行依次排列，第一行换到最后一行，形成循环矩阵，以循环矩阵作为当前循环矩阵，重复步骤５］，步骤６］，步骤７］；步骤１０：换波长不同的第二激光器上述步骤中确定的备用矩阵为当前循环矩阵，重复步骤３］、４］、５］、６］、７］；步骤１１］：取水平平分线上的另外一点重复步骤４］、５］、６］、７］直至得到该水平平分线上所有像素点所对应的复原矩阵。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡炳樑，闫鹏，刘学斌，王爽，段晓峰，陈小来，皮海峰，张璐，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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