[实用新型]基于计算光谱成像技术的光谱分类器

说明书

技术领域

本实用新型属于光学技术领域，涉及一种光谱分类器。

背景技术

传统的高光谱分类是以高光谱成像仪输出并重构的三维数据立方体为研究对象，利用其高分辨率、多波段等精细光谱特征和图谱合一的特点，进行空间像元的分析，实现针对像元的分类判断。高光谱数据包含目标的空间、辐射和光谱信息，为目标精细分类带来了机遇，但同时也带来了新的挑战。体量巨大的数据信息，不仅给高光谱分类系统带来了巨大的运算量、较高处理复杂度，同时，也使数据传输和存储系统的负荷大幅增加，并导致实时应用困难。

针对上述挑战，近些年国内外学者们提出了许多新型成像光谱技术，通过降低数据采集量的方式，减轻系统开销，如基于压缩感知理论的计算光谱成像技术等。计算光谱成像技术基于传统的色散型光谱成像技术，引入具有特殊数学形式的二维编码模版，对目标的空间信息和光谱信息进行调制，从而获取二维图谱混叠图像，并采用感知理论对其进行三维图谱重构，最终形成目标的三维数据立方体。例如，美国杜克大学的Wagadarikar等人提出的编码孔径快照光谱成像系统(CASSI)，在传统的色散型成像光谱系统基础上，用具有特殊数学形式的二维扩展编码孔径代替狭缝，通过单次二维测量来获取三维数据立方体的压缩光谱图像，并利用压缩感知理论重构目标数据立方体。

然而，这些先进的新型成像光谱技术，其最终目标仍然是数据立方体的重构。而其重构算法，往往比较复杂，也较难以实现。比如，对于CASSI，其重构效果取决于光谱数据立方体的稀疏性。同时，仍然要面对重构后数据立方体带来的大数据量问题。

实用新型内容

为了解决上述现有成像光谱技术其重构后数据立方体数据量过大致使数据传输、存储和处理系统的负荷大幅增加的技术问题，本实用新型提供了一种基于计算光谱成像技术的光谱分类器。

本实用新型的技术解决方案如下：

基于计算光谱成像技术的光谱分类器，其特殊之处在于，包括分光系统、二维数字微镜阵列、控制系统、复合成像系统和处理器；

所述分光系统用于将接收的一行空间像元的辐射光分成具有指定波段的光谱；

所述二维数字微镜阵列用于对所述光谱进行光学调制，由多个微镜单元组成，每个微镜单元对应一个像素；二维数字微镜阵列其中一维的微镜单元数量大于等于所述具有指定波段的光谱的波段数，另一维的微镜单元数量大于等于所述一行空间像元的像元数；

所述控制系统输出数字电压信号控制所述微镜单元旋转实现光开关，并通过控制所述微镜单元的光开关时间确定调制系数；所述数字电压信号根据各类别代表光谱向量设置；每个微镜单元的光开关时间由各类别代表光谱向量的对应波段值决定；

所述复合成像系统接收调制后的光谱，进行反向合光，并依次记录当前一行空间像元中每个像元光谱向量与各类别代表光谱向量的内积；

所述处理器根据所述内积，计算当前行空间像元中每个像元光谱向量分别到各类别代表光谱向量的距离，最后根据最小距离分类算法完成当前行空间中每个像元的分类并输出。

进一步地，上述分光系统可采用以下两种方案：

第一种，上述分光系统包括沿入射光路依次设置的第一透镜、准直镜、第一光栅组件和第二透镜；一行空间像元的辐射光由第一透镜入射，经准直镜准直后，通过第一光栅组件色散分成具有指定波段的光谱，所述具有指定波段的光谱最后通过第二透镜透射到所述二维数字微镜阵列。

第二种，上述分光系统包括沿入射光路依次设置的第一透镜、准直镜、第一棱镜和第二透镜；一行空间像元的辐射光由第一透镜入射，经准直镜准直后，通过第一棱镜色散分成具有指定波段的光谱，所述具有指定波段的光谱最后通过第二透镜透射到所述二维数字微镜阵列。

进一步地，上述复合成像系统可采用以下两种方案：

第一种，上述复合成像系统包括沿接收光路依次设置的第三透镜、第二光栅组件、第四透镜和线阵探测器；经所述二维数字微镜阵列调制后的调制光谱经第三透镜透射至第二光栅组件上，第二光栅组件反向合光所述调制光谱后，最后通过第四透镜照射到线阵探测器的对应像元单元，由线阵探测器依次记录当前空间行中每个像元光谱向量与各类别代表光谱向量的内积。

第二种，上述复合成像系统包括沿接收光路依次设置的第三透镜、第二棱镜、第四透镜和线阵探测器；经所述二维数字微镜阵列调制后的调制光谱经第三透镜透射至第二棱镜上，第二棱镜反向合光所述调制光谱，最后通过第四透镜照射到线阵探测器的对应像元单元，由线阵探测器依次记录当前空间行中每个像元光谱向量与各类别代表光谱向量的内积。