[发明专利]一种基于散射介质的超分辨光谱成像系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于散射介质的超分辨率光谱成像系统及方法。该系统包括：标定支路A、散射介质4、透镜5、探测器6、待测支路B；标定支路A包括光源模块1、第一准直扩束系统2和针孔3，待测支路B包括待测光源7、第二准直扩束系统8和目标9。本发明实施例首先测得光源模块输出不同波长时系统的点扩散函数，构建光谱点扩散函数(SPSF)，采用压缩感知(CS)方法实现光谱重建，同时搭配合适散射平均自由程的散射介质，利用待测光源波长对应的点扩散函数对相机接收的散斑进行去卷积，可在不增加系统复杂度的前提下实现最大限度超分辨率成像。此外，本发明提出的超分辨率光谱成像系统结构简单，易操控、元件成本低、且抗扰动能力强、适用领域广。

技术领域

本发明属于超分辨率光谱成像技术领域，具体涉及一种基于散射介质的超分辨光谱成像系统及方法。

背景技术

光谱成像技术由于能够获取目标的空间信息和光谱信息，根据物质特有的光谱特征，能够实现对物质进行分类，目前己在民用、军事、海洋及刑事侦查等方面取得了广泛的应用。传统的光谱成像技术成像光谱技术可分为三类：色散型，滤光片型和干涉型。

超分辨率光谱成像方法的应用最为广泛，它是一种色散型分光技术、包括棱镜分光技术和光栅分光技术，其中棱镜分光技术利用材料对不同波长的光折射率不同将复色光在主截面内散开；光栅分光技术利用衍射的原理将复色光在主截面内散开等两种方法实现光谱重建。

滤光片型成像光谱仪技术采用滤光片作为分光器件，如滤光片阵列、线性渐变滤光片、光楔滤光片等；另外还有两种经典的调谐型滤光器，声光可调谐滤光片(AOTF)和液晶可调谐滤光片(LCTF)。经滤光片滤光，探测器获得的每帧图像为准单色图，通过变换滤光片或调谐滤光获取完整的“数据立方”。

干涉型光谱成像技术也称为傅里叶变换光谱成像技术，对获取的干涉强度信息，进行傅里叶变换以获得目标的光谱信息，具有高通量、多通道以及高光谱分辨率等优点。

上述方法均能实现光谱成像，但是均存在不足，例如，因为一次成像只能获取完整三维数据立方体的一个一维或二维子集，为了获取目标完整的光谱图像，都需要进行时间上的扫描，如推扫、凝视扫描等，同时，随着空间分辨率和光谱分辨率的提高，对探测器的帧频要求也越来越高，大数量的传输也成了一大问题，限制了传统超分辨率光谱成像方法的应用。

随着科技的不断发展，新型超分辨光谱成像系统采用更复杂的光谱到空间的映射，比如将光谱信息投影为复杂的强度图样，同时采用光谱点扩散函数(SPSF)来储存不同入射波长对应的点扩散函数，最后利用压缩感知(CS)算法实现光谱重建。这种方法可以灵活的选择分光元件，比如多模光纤、光子晶体等，但是多模光纤充当分光元件时，抗扰动能力差，对光学系统结构复杂度要求较高，不利于准确重建光谱信号；光子晶体等元件等则存在降低待测目标信号信噪比的缺点，且上述两种分光元件均无法实现对现有系统的超分辨率成像。

因此，研究一种结构简单，易操控、元件成本低、且抗扰动能力强、适用领域广的超分辨光谱成像系统具有重要的应用价值和前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于散射介质的超分辨光谱成像系统及方法，以实现结构简单、易操作、高稳定性、低成本、适用范围广的超分辨率光谱成像技术，推进光学光谱成像技术的发展。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的一个实施例提供了一种基于散射介质的超分辨光谱成像系统及方法，包括：标定支路(A)、待测支路(B)、散射介质(4)、透镜(5)及探测器(6)；所述散射介质(4)、所述透镜(5)及所述探测器(6)依次串行连接；其中，

在光源标定阶段，所述散射介质(4)与所述标定支路(A)连接，用于接收由所述标定支路(A)产生的点光源标定信号并对所述点光源标定信号进行编码处理形成第一光束；