[发明专利]压缩光谱成像系统、重建方法、装置及终端设备

说明书

本发明适用于光谱成像技术领域，提供了一种压缩光谱成像系统及方法，该系统包括探测光源；沿着光的传播方向依次包括分光光栅、数字微镜、合光光栅和探测器；还包括计算和控制单元，用于控制所述数字微镜形成多个循环分布的正弦编码图形，调整所述正弦编码图形的形状，接收所述探测器在采取不同所述正弦编码图形时探测到的光谱图像，并组合所述光谱图像，通过傅里叶逆变换重建原始光谱图像。本发明的压缩光谱成像系统采用双光栅结构，通过在数字微镜中写入正弦编码图形，改变所述正弦编码图形的周期和相位，获得不同的检测光谱图像，最终使用傅里叶逆变换进行压缩光谱重建，缩短了光谱重建的时间。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，尤其涉及一种压缩光谱成像系统、重建方法、装置及终端设备。

背景技术

光谱成像系统是成像技术和光谱技术有机结合而成，能够在探测物体空间特征信息的同时得到空间像元色散形成的光谱信息，得到的是不同波长下的物体图像，是个三维数据，通常称为数据立方体。

CCD探测器检测到的为二维数据，光谱成像系统实现从二维数据重建三维数据的方式有多种，包括滤光片式、光栅扫描式、哈达玛变换、编码孔径快速光谱成像系统(CodedAperture Snapshot Spectral Imaging，CASSI)等。

滤光片式系统结构简单，但光谱分辨率与滤光片波段有关。光栅扫描式和哈达玛变换需要进行多次扫描或多次测量才能得到三维光谱图像信息，检测时间长。

CASSI是一种压缩光谱成像系统，主要包括两种类型，一种是双光栅系统，被测物体的反射光经分光光栅进行分光，聚焦在编码孔径上进行光谱编码，再到合光光栅进行合光，最后通过探测器检测编码后的图像。另一种是单光栅系统，物体成像在编码孔径，对空间信息进行编码，再经分光光栅进行分光，最后通过探测器检测。通过合理的编码方式，两种类型都可通过压缩感知方法实现压缩光谱成像。利用压缩感知的方法可以对单次或少数几次测量的二维数据优化重建，得到三维数据立方体，这种实现方法虽然相比滤光片式、光栅扫描式、和哈达玛变换系统的测量时间短，但重建算法耗时较长。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种压缩光谱成像系统、重建方法、装置及终端设备，以解决现有技术中压缩光谱重建时间长的技术问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种压缩光谱成像系统，该系统包括探测光源，所述探测光源照射到待测物体上得到反射光，沿着所述反射光的传播方向依次包括分光光栅、数字微镜、合光光栅和探测器；所述数字微镜用于对照射到所述数字微镜的光进行编码；

所述系统还包括计算和控制单元，分别连接所述探测器和所述数字微镜，所述计算和控制单元用于控制所述数字微镜形成多个循环分布的正弦编码图形，调整所述正弦编码图形的形状，接收所述探测器在采取不同所述正弦编码图形时探测到的光谱图像，并组合所述光谱图像重建所述反射光的原始光谱图像。

本发明实施例的第二方面提供了一种压缩光谱重建方法，该方法应用于压缩光谱成像系统，所述系统包括探测光源，所述探测光源照射到待测物体上得到反射光，沿着所述反射光的传播方向所述系统还依次包括分光光栅、数字微镜、合光光栅和探测器；所述系统还包括计算和控制单元，分别连接所述探测器和所述数字微镜，所述计算和控制单元用于控制所述数字微镜形成多个循环分布的正弦编码图形，所述数字微镜用于对照射到所述数字微镜的光进行正弦编码，该方法包括：

确定所述数字微镜一个所述正弦编码图形所占编码像素数目N，及多个循环分布的所述正弦编码图形的编码像素初始点对应的探测器的像素位置(m,n₀)；

将具有不同周期和不同相位值的所述正弦编码图形写入所述数字微镜；

接收所述探测器在所述正弦编码图形的周期取不同值，并针对不同周期，改变所述正弦编码图形的相位值得到的多个光谱图像；