[发明专利]一种提高液晶可调谐滤波器光谱重建精度和分辨率的方法

说明书

本发明公开了一种提高液晶可调谐滤波器光谱重建精度和分辨率的方法，该方法利用的装置包括成像目标(1)、准直系统(2)、液晶可调谐滤波器(LCTF)(3)、成像透镜(4)和探测器阵列(5)，该方法包括如下步骤：1)设定液晶可调谐滤波器非均匀采样点的波长；2)获取液晶可调谐滤波器成像光谱数据，并进行预处理；3)建立液晶可调谐滤波器非均匀采样点的光谱混叠函数模型；4)结合Richardson‑Lucy算法进行光谱重建。本发明的方法有效地提高了光谱的分辨率，光谱特征峰的位置精度和幅度精度。

技术领域

本发明涉及光谱测量和光谱成像领域，特别涉及一种提高液晶可调谐滤波器光谱重建精度和分辨率的方法。

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。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。

然而，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，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，因此需要进行光谱重建。

传统的LCTF光谱成像系统的采样方式为均匀采样，即选取等间隔的中心波长进行分时扫描成像。然而，LCTF不同中心波长处透过率曲线的带宽差异较大，各透过率曲线之间的混叠程度也不同。均匀采样的方式并没有考虑到这种差异性，存在小带宽波长处欠采样大带宽波长处过采样的问题，导致最终的光谱重建的结果存在缺陷，即在欠采样波长处光谱精度不高，光谱分辨率低。本发明采用一种非均匀采样的方式，即采样间隔与当前采样点波长处的带宽成一定比例，然后对目标进行分时扫描成像，获得三维数据立方体，最后结合Richardson-Lucy算法(简写为RL算法)对波长维度λ进行重建。本发明改进了了采样方式，设计了一种非均匀采样的LCTF光谱重建方法，有效地提高了光谱重建精度和分辨率。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对LCTF成像光谱精度不高，光谱分辨率低以及LCTF均匀采样方式中存在欠采样和过采样而导致光谱重建效果差的不足，提出了一种提高LCTF光谱重建精度和分辨率的方法，该方法利用了非均匀采样的方式，有效地提高了光谱重建精度和分辨率。

本发明解决上述的技术问题采用的技术解决方案是：一种提高液晶可调谐滤波器光谱重建精度和分辨率的方法，该方法利用的装置如图1所示，包括成像目标1、准直系统2、LCTF3、成像透镜4和探测器阵列5，成像过程如下：成像目标1发出或反射的光经准直系统2准直，再经过LCTF3滤光，最后经成像透镜4成像于探测器阵列5上，调节LCTF3的控制电压，使设定波长的光通过，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)设定LCTF非均匀采样点的波长

根据成像目标的光谱范围，首先设定初始采样点波长，并获取该波长处LCTF光谱透过率曲线。再用高斯分布模型对光谱透过率曲线进行拟合并计算拟合后的带宽bw，由于高斯分布做傅里叶变换后仍然是高斯分布，不存在截止频率，因此可设定达到峰值处K％时为截止频率f。可推导出f与带宽bw的关系：