[发明专利]基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像方法

说明书

本发明公开了一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像系统和成像方法，所述系统包括线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列和面阵探测器；所述线性延迟器的穆勒矩阵设计为每一列前两个元素的绝对值不同；线性延迟器和液晶可调滤光器共同实现偏振维压缩；所述液晶可调滤光器切换L个不同的中心波长，输出每个波段下的图像，实现光谱维压缩；所述数字微镜阵列对每个波段的图像进行编码，实现空间维编码压缩；原始图像依次经线性延迟器、液晶可调滤光器、数字微镜阵列后，由面阵探测器探测，获得包含全斯托克斯参量的图像。使用本发明能够实现原始图像全斯托克斯参量的压缩重构。

技术领域

本发明属于偏振高光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于LCTF的全偏振高光谱压缩感知成像方法，实现偏振维、光谱维和空间维的压缩测量和重构。

背景技术

偏振高光谱成像技术是对高光谱成像技术和偏振成像技术的综合。偏振高光谱成像能够同时获取目标的空间、光谱和偏振信息，对目标的几何形影特征，反射、透射和辐射电磁波的光谱特征，表面粗糙度、致密度、电导率、含水量等材料理化特征进行融合感知，进而深层次地对目标实现评估、分类和识别。近年来，国内外对偏振高光谱成像技术开展了大量的研究，已有不少关于偏振高光谱成像技术的基础理论、器件和应用研究的报道。偏振高光谱成像技术在深空探测、地球资源勘查、环境监测、生物医学成像、军事目标识别和食品安全等领域已经得到初步的应用，并且在这些方面的应用价值和前景受到国内外科研机构的重视。

目前，根据偏振高光谱成像方式的不同，偏振高光谱成像技术主要分为色散元件加偏振元件型、新型偏振高光谱干涉成像型和滤光元件加偏振元件型三类。色散元件主要是棱镜和光栅，偏振元件主要是偏振片和相位调制器，滤光元件主要是滤光片和可调谐滤光器。对于高光谱成像技术而言，色散型成像光谱的光谱分辨率和空间分辨本领因受到狭缝宽度的制约，限制了进入系统的光通量，从而降低了光谱成像的信噪比；滤光片型需旋转滤光片，并且提供波段数有限。对于偏振成像而言，偏振片型需旋转偏振片，并且只能探测到线偏振光，即Stokes参量的前三个分量；新型偏振高光谱干涉成像技术能够同时获得较高分辨率的偏振高光谱，但需仪器与探测目标的相对运动，推扫完成目标干涉图的获取，目标图像复原相当复杂和困难，条带噪声严重，空间分辨率较低。

液晶可调滤光器(Liquid Crystal Tunable Filter，LCTF)通常可以被认为是一个理想的滤波器，其带宽是无限窄的，以至于光谱响应可以看作是冲击响应，且液晶可调滤光器输出光谱的波长仅与其中心波长有关。在液晶可调滤光器的每个光谱通道下，仅有一个窄带的光谱信息可以通过，并被探测器接收。而液晶可调滤光器的作用相当于一个窄带滤光片，其中心波长可以通过改变外加电压来控制。为了获取目标场景中全部的光谱数据，需要在光谱维上进行扫描，逐一调整液晶可调滤光器的外加电压，遍历全部波段。基于液晶可调滤光器的高光谱成像系统通过光谱扫描的方式获得目标场景的光谱数据立方体，包括二维空间信息和一维光谱信息。由于其成像质量好、快速可调谐、方便控制、体积小、成本低等特点，被广泛应用在遥感、生物医学、食品工业等领域。