基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前置成像部分、分光部分及兩個(gè)以上的支路和計(jì)算機(jī)，各支路由相應(yīng)的出瞳轉(zhuǎn)換部分及壓縮光譜成像部分。該系統(tǒng)基于壓縮感知理論，利用譜之間的關(guān)聯(lián)性，提高光譜維的壓縮率，實(shí)現(xiàn)對寬波段光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維壓縮采集，大大降低了數(shù)據(jù)采集量。該成像系統(tǒng)可以單次曝光測量寬波段上的光譜圖像信息，且可以通過設(shè)計(jì)各分光路上的隨機(jī)光柵獲得高空間分辨率和高光譜分辨率。
【專利說明】基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，特別是一種基于隨機(jī)光柵的壓縮感 知寬波段高光譜成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 寬波段高光譜成像是同時(shí)獲取物體的兩維空間圖像信息和一維光譜信息的過程， 是采集三維圖像數(shù)據(jù)的過程，其數(shù)據(jù)形式如圖1所示。由于現(xiàn)有探測器是兩維的，所以在傳 統(tǒng)寬波段高光譜成像系統(tǒng)中，都需要時(shí)間掃描來獲得三維光譜圖像數(shù)據(jù)。由于寬波段高光 譜成像包括對從紫外光到中遠(yuǎn)紅外光波段進(jìn)行光譜成像，波段數(shù)多，數(shù)據(jù)量大，在獲得高空 間分辨率及高光譜分辨率的基礎(chǔ)上，如何降低探測單元數(shù)目以及降低掃描時(shí)間是光譜成像

【技術(shù)領(lǐng)域】亟需解決的問題。
[0003] 壓縮感知理論是一種全新的信號采集、編解碼理論。它在信號采集階段對數(shù)據(jù)進(jìn) 行壓縮，降低了數(shù)據(jù)采集量，為寬波段高光譜成像技術(shù)中要求降低探測數(shù)據(jù)量的問題提供 了一個(gè)良好的解決途徑。其基本原理如下：假設(shè)待測信號X的長度為N，存在某組正交基Ψ = [ΨιΨ2···Ψν]，使得X在該組正交基下展開，即Χ=ΨΧ'，滿足X'只含有少數(shù)幾個(gè)非 零元素，或者X'中大部分元素值相對于其他元素值很小。也就是說，信號X在此正交基Ψ 下是稀疏或可壓縮的。在此條件下，采用與Ψ不相關(guān)的測量矩陣Φ對X進(jìn)行投影測量，得 到長度為Μ的矢量Υ，即Υ = Φ ΨΧ'。通過求解非線性優(yōu)化問題：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的構(gòu)成包 括前置成像系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、兩個(gè)以上的支路和計(jì)算機(jī)，各支路由出瞳轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、隨機(jī)光柵 和光電探測系統(tǒng)構(gòu)成，沿入射光束依次是所述的前置成像系統(tǒng)和分光系統(tǒng)，所述的分光系 統(tǒng)將寬波段光束分為2個(gè)以上的光譜段連續(xù)的分光譜段光束支路，在每一支路依次設(shè)置出 瞳轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、隨機(jī)光柵和光電探測系統(tǒng)，所有的光電探測系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，所述的每一支 路的出瞳轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于物體通過前置成像系統(tǒng)在該支路的成像面上，所述的每一支路的隨 機(jī)光柵位于前置成像系統(tǒng)的出瞳經(jīng)過該支路的出瞳轉(zhuǎn)換系統(tǒng)后的成像面上，所述的每一支 路的光電探測系統(tǒng)位于該支路的隨機(jī)光柵后。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在 于：所述的前置成像系統(tǒng)是望遠(yuǎn)系統(tǒng)、照相系統(tǒng)或顯微系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在 于：所述的分光系統(tǒng)是二向色濾波片或帶通濾波片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在 于：所述的各支路的出瞳轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是成像透鏡組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于隨機(jī)光柵的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在 于：在所述的各支路的光電探測系統(tǒng)由放大成像系統(tǒng)和光電探測器構(gòu)成，所述的各支路的 光電探測器置于所述的該支路的放大成像系統(tǒng)的成像面上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于：所述的光電 探測器是各探測單元隨意分布的CCD陣列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的壓縮感知寬波段高光譜成像系統(tǒng)，其特征在于： 在不同譜段支路上，選擇不同參數(shù)的隨機(jī)光柵元件及相應(yīng)的光電探測器。
【文檔編號】G01J3/28GK104121990SQ201410348475
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】韓申生, 劉震濤, 吳建榮, 李恩榮, 譚詩語, 陳喆 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所