[发明专利]量子点光谱成像系统

权利要求书

1.一种量子点光谱成像系统，其特征在于，包括：依次设置的前置望远镜、量子点阵列片和图像探测器；所述图像探测器位于前置望远镜的后焦面处，所述量子点阵列片是将具有不同光谱透过率特性的量子点材料沿光谱维方向平行制作在基底上，每一种量子点材料在光谱维方向上覆盖一行或多行探测器像素，形成一种量子点条带；

利用系统对探测目标以行为单位进行采样成像时，量子点阵列片每一量子点条带覆盖的一行或多行像元均对应成像条带状的探测目标，对于量子点阵列片后获得对应探测目标每一行数据的采样数据，利用光谱重构算法来获得对应探测目标的数据立方体，再将所有数据立方体前后拼接，即获得了整个探测目标的图谱数据立方体。

2.根据权利要求1所述的量子点光谱成像系统，其特征在于，一量子点条带的量子点光谱透过率及其覆盖的探测器像元的光谱响应的综合作用构成了该量子点条带的光谱透过率函数，沿推扫方向共制作i种具有不同光谱透过率函数的量子点条带，其光谱透过率函数分别为T_i(λ)；

每一量子点条带的光谱透过率函数T_i(λ)利用氙灯光源、单色仪和积分球组成的装置进行测试，氙灯光源发出光束，利用单色仪输出单色光进入积分球后在其出口处获得单色光均匀照明面，将量子点条带和探测器集成后放在均匀照明面附近从而对整个探测器的光谱相应进行测试，获得量子点条带的光谱透过率函数T_i(λ)。

3.根据权利要求1所述的量子点光谱成像系统，其特征在于，利用系统对探测目标以行为单位进行采样成像时，量子点阵列片每一量子点条带覆盖的一行或多行像元均对应成像条带状的探测目标；推扫成像过程中，当进行第1帧探测时，不同视场的条带状探测目标发出的光束通过前置望远镜和相应的量子点条带后被探测器接收；当第2帧探测时，条带状探测目标的数据立方体沿着推扫方向移动，条带状探测目标的第2行数据相应的被量子点阵列片上第2行接收，以此类推；

当图谱数据立方体遍历完整个量子点阵列片后，每一个条带状探测目标依次通过了量子点阵列片的i种不同的量子点条带，得到了i次的采样数据。

4.根据权利要求1所述的量子点光谱成像系统，其特征在于，所述光谱重构算法来获得对应探测目标的数据立方体包括：

假设入射光谱曲线为通过n_F个量子点条带，同时测量通过每一个量子点条带后的透射光强I_i：

其中，T_i(λ)为第i个量子点条带的光谱透过率函数；

将连续的入射光谱分成由n_λ个离散波长组成，则上式变为：

上式中，离散波长的光谱间隔为Δ＝(b-a)/(n_λ-1)和λ_j＝a+(j-1)×Δ；当j＝1和j＝n_λ时Δλ_j＝Δ/2，当j为其他数值时，Δλ_j＝Δ；

将上式写成矩阵方程：

上式中，数据向量I∈R^i×1由入射光谱通过量子点后所形成的光强所组成，数据矩阵T(λ)∈R^i×j中每一行表示量子点不同波长的光谱吸收率；

在理想情况下，入射光谱的离散波长数量n_λ和量子点条带数量n_F相等，则利用最小二乘线性回归的计算方法获得该入射光谱曲线

在实际测量过程中，会存在一定的观测误差或噪声n，则上述矩阵方程变为：

如果离散波长数量n_λ小于等于量子点条带数量n_F，即矩阵方程的求解为超定矩阵求解，则采用最小二乘法和Tikhonov正则化和遗传算法等得到最优解；如果离散波长数量n_λ大于量子点条带数量n_F，即矩阵方程的求解为欠定矩阵求解，则采用L1范数最小化理论，或者利用转换矩阵，即通过减少线性方程组未知量个数，将欠定矩阵转变为超定矩阵方程的求解。