[发明专利]一种液晶可调谐滤波器成像光谱重建方法

说明书

本发明公开了一种液晶可调谐滤波器成像光谱重建方法，该方法利用的装置包括成像目标、准直系统、液晶可调谐滤波器(LCTF)、成像透镜和探测器阵列，该光谱重建方法包括如下步骤：1)成像光谱数据预处理；2)生成三维数据立方体D(x，y，λ)；3)建立液晶可调谐滤波器光谱混叠函数模型；4)结合Richardson‑Lucy算法进行光谱重建。本发明有效地去除了光谱模糊，提高了光谱精度和光谱分辨率，恢复了成像光谱的真实信息。

技术领域

本发明涉及光谱测量和光谱成像领域，特别涉及一种液晶可调谐滤波器成像光谱重建方法。

背景技术

液晶可调谐滤波器(简称LCTF)由线性偏振器、固定阻滞器和液晶分子组成，通过外界电压的变化改变液晶分子的排列方向，使输出光谱间互相干涉，目标波长光谱信号增强，其它波长光谱信号减弱，从而输出不同波长的光谱。液晶可调谐滤波器(LCTF)具有覆盖光谱范围广、调谐连续、结构简单紧凑、响应速度快和通光口径大等优点，在生物医学、半导体、农业、遥感和天文等涉及光谱测量或光谱成像的领域有重要的应用。

基于液晶可调谐滤波器(LCTF)的光谱成像系统，通过设定不同的中心波长对成像目标进行采样，然后分时扫描获取对应中心波长处的二维空间图像。整合所有的二维空间图像数据，形成一个三维数据立方体D(x，y，λ)，每个空间位置(x，y)的波长λ维度的信息为该空间点的光谱信息。然而，液晶可调谐滤波器(LCTF)结构中包含的多个线性偏振器，导致透过率损失严重，为了使探测器能积分获得足够的光强，液晶可调谐滤波器(LCTF)应具有足够大的透过带宽。而大的透过带宽，又导致不同波长处的透过率曲线互相混叠，使探测器测得的当前波段的光强混有其它波段的信息，即产生了光谱模糊，造成光谱精度不高，光谱分辨率低的问题。

国内着重于液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱系统的应用而对于液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱重建的相关研究较少，为了去除成像光谱模糊，恢复成像光谱的真实信息，本发明提出了一种液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱重建方法及装置。该方法实现了液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱的重建，并有效地去除了光谱模糊，提高了光谱精度和光谱分辨率，恢复了成像光谱的真实信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱存在的光谱模糊，提出了一种液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱重建方法，有效地去除了光谱模糊，提高了光谱精度和分辨率，实现了LCTF)成像光谱的重建。

本发明解决上述的技术问题采用的技术方案是：一种液晶可调谐滤波器(LCTF)成像光谱重建方法，该方法利用的装置包括成像目标、准直系统、液晶可调谐滤波器(LCTF)、成像透镜和探测器阵列，成像过程如下：成像目标发出或反射的光经准直系统准直，再经过液晶可调谐滤波器(LCTF)滤光，最后经成像透镜成像于探测器阵列上，调节液晶可调谐滤波器(LCTF)的控制电压，使不同频率的光通过，如此扫描获得各个波段的图像数据。该方法的流程图见图2，具体步骤如下：

步骤1)成像光谱数据预处理

对液晶可调谐滤波器(LCTF)光谱成像系统分时扫描成像获取的各个波段的图像数据进行预处理，主要包括暗电流扣除、平场校正及流量校正等。

步骤2)生成三维数据立方体D(x，y，λ)

整合步骤1)中预处理完毕的各个波段的图像，生成空间(x，y)维度和波长λ维度的三维数据立方体D(x，y，λ)。

步骤3)建立液晶可调谐滤波器(LCTF)光谱混叠函数模型

获取液晶可调谐滤波器(LCTF)扫描成像所对应各个波长处的光谱透过率曲线，并用高斯分布模型进行拟合。将所有拟合完毕后的光谱透过率曲线组合，形成液晶可调谐滤波器(LCTF)的光谱混叠函数模型SMF。

步骤4)结合RL算法进行光谱重建