[发明专利]一种高光谱成像系统的色差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高光谱成像系统的色差校准方法，涉及光谱成像技术领域，通过补偿方法对测量的成像数据进行色差校准，是进行光谱分类、光谱解混合等光谱图像数据分析的基础。

背景技术

目前市售的高光谱成像仪主要可分为棱镜色散型、光栅型、滤光片型等。棱镜色散型、光栅型光谱成像仪的共同缺点是需要推扫成像，同时光通量和光谱分辨率相互制约，不利于分析快速变化的物理化学过程，相比而言，基于LCTF的滤光片型光谱成像仪采用液晶可调谐滤光片(LiquidCrystalTunableFilter，LCTF)作为分光元件，通过改变驱动电压来实现透过波长的调谐，实现静态光谱成像。这种类型的光谱成像仪一次曝光即可获得单色全幅图像，通过光谱维的扫描来获得数据立方体，且通过选择少数有效波段进行数据采集与分析，可实现快速的目标探测与分析，因而基于LCTF的光谱成像仪受到市场广泛的关注。

基于LCTF的光谱成像系统中，LCTF分光系统的位置有两种选择：

第一种是将LCTF置于镜头的前方，使得镜头可以直接与CCD相机连接，能够准确调焦使成像清晰。但是这将增加镜头调焦的难度，对机械结构、外观设计等提出了较高要求，而且由于LCTF有一定的厚度，当镜头的通光口径大于LCTF的孔径时，会有光能损失并产生渐晕现象。

第二种结构是将LCTF置于镜头和相机之间，作为光学系统的一部分。这种结构的优点是：LCTF与CCD相机直接相连，只需要设计中继镜组使图像成像于CCD焦平面上即可。因此，这种结构设计更易被采用。这种设计类似于在镜头和CCD之间加入了不同波长可调的滤波片，根据需要切换不同的透过波长可以获取不同谱段的图像。但与普通滤波片不同，LCTF是通过电调谐的方式获取不同的透过波长，它是基于偏振光的干涉原理而制成，光通过液晶产生光程差，由于双折射液晶造成的相位差可以通过电压进行调节，即通过施加不同的电压可以使不同波长的光发生干涉，实现不同波长的扫描。由于系统中LCTF对不同波长的光的折射率不同，且等效厚度不一，若LCTF放置不能完全与光轴垂直，或者LCTF放置于中继光学系统的非平行光路中，或者系统中其他光学元件的不完全消色差等，这些因素使得获取的同一场景的各谱段图像会存在一定的色差和畸变，如果不进行校准，由这些单谱段图像组成的数据立方体中像元光谱出现错位失真，影响后续的光谱分析。

现有的色差补偿方法多是采用特殊的光学设计消除色差或是从数据处理角度利用图像配准方法实现多谱段图像的对齐。前者对于一些特殊应用，如光谱成像系统与商业显微系统的集成，不便通过光学方法实现色差修正，同时，特殊的光学设计有可能增加光路长度，不利于仪器小型化设计；后者对每个场景的高光谱图像都需要进行大量计算，实时性差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种针对基于LCTF的光谱成像系统的色差相对校准方法，采用数据建模计算出固定的补偿参数，在实际测量中实时对测量数据进行补偿，具有简单方便，计算量小，实时性好，成本低的优点。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种高光谱成像系统的色差校准方法，包括：

步骤S100、建立色差校准模型，确定模型中的参数值；

步骤S200、将校准模型固化后对高光谱图像的色差进行相对校准。

其中，步骤S100中，所述的色差校准模型采用仿射模型。

所述的仿射模型，即：

(x_c,y_c)＝(x_s,y_s,1)T，