[发明专利]一种高光谱光场的快照式成像系统以及重建算法

说明书

本发明公开了一种高光谱光场的快照式成像系统以及重建算法，所述快照式成像系统包括：分束器、控制器、第一观测通道以及第二观测通道；所述分束器用于将场景的入射光线分为两路，分别进入到所述第一观测通道以及所述第二观测通道；所述第一观测通道以及所述第二观测通道用于分别获取场景的观测结果；所述控制器用于根据获取的所述观测结果以及高光谱光场信号中角度维度和光谱维度的相关性重建五维高光谱光场。本发明技术方案利用光信号在角度维和光谱维的关系，对五维高光谱光场进行优化重建，能够从严重欠采样的观测中，获得良好的重建效果。

技术领域

本发明涉及计算成像技术领域，更具体的说，涉及一种高光谱光场的快照式成像系统以及重建算法。

背景技术

近些年，由于光学仪器的进步和计算能力的增长，计算成像学飞速发展。计算成像学的最终目的是同时获取七维全光信息，包括三维空间(两维平面和一维深度)、一维时间、一维光谱和两维角度。传统的成像方式关注两维平面空间(即传统图像)和一维时间(即传统视频)，提供的信息有限。目前对其他维度的研究包括深度/三维成像，多光谱/高光谱成像，以及光场成像。同时，便携的深度相机和微透镜阵列光场相机，比如Kinect深度相机和Lytro微透镜阵列光场相机，也为解决复杂的计算机视觉任务和新应用的产生提供了可能。

计算成像的目的是集成更多维度的光信息，同时尽可能保持每个维度的高分辨率。由于全光信号的不同维度之间存在很大的相关性，使得从非常欠采样的观测中重建出高维光信号成为可能。

对于高光谱光场视频拍摄、高光谱光场动态场景建模等应用，对系统的时间分辨率有较高要求，需要进行实时拍摄。

为了获取高光谱光场，即同时获取场景的空间、角度和光谱信息，现有的系统包括将固定在平移台上的光谱仪依序扫描角度和光谱维，或使用配备了可调节滤波片的微透镜阵列来扫描光谱维。这样的扫描式方法在一定程度上利用了图像的空间相关性，取得了较高的空间分辨率和光谱分辨率，但它们不适用于需要实时拍摄的场景，比如包含动态物体或光照变化的场景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高光谱光场的快照式成像系统以及重建算法，可以实现高光谱光场的实时拍摄，对五维高光谱光场进行优化重建，能够从严重欠采样的观测中，获得良好的重建效果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高光谱光场的快照式成像系统，所述快照式成像系统包括：分束器、控制器、第一观测通道以及第二观测通道；

所述分束器用于将场景的入射光线分为两路，分别进入到所述第一观测通道以及所述第二观测通道；

所述第一观测通道以及所述第二观测通道用于分别获取场景的观测结果；

所述控制器用于根据获取的所述观测结果以及高光谱光场信号中角度维度和光谱维度的相关性重建五维高光谱光场。

优选的，在上述快照式成像系统中，在入射光线传播方向上，所述第一观测通道依次包括：物镜、编码光圈、中继透镜、色散棱镜以及第一成像器；

所述第一观测通道用于通过所述编码光圈和所述色散棱镜对所述场景的光谱信息进行压缩采样和编码。

优选的，在上述快照式成像系统中，在入射光线传播方向上，所述第二观测通道依次包括：主透镜、微透镜阵列以及第二成像器；

所述第二观测通道用于通过所述微透镜阵列捕获RGB光场；其中，所述RGB光场包含所述场景的角度信息。

优选的，在上述快照式成像系统中，所述分束器用于将原始高光谱光场信号按照1:1的比例分成两路，分别进入所述第一观测通道以及所述第二观测通道，进入所述第一观测通道的第一路光信号和进入所述第二观测通道的第二路光信号相同。