[发明专利]一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统及方法

权利要求书

1.一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统的探测识别方法，其特征在于，该目标探测识别系统包括可编程滤光片、面阵光电探测器(7)、数据采集卡(8)、计算机(9)以及成像光学元件；所述的可编程滤光片包括第一光栅(3)、第二光栅(6)、透镜(4)和数字微镜器件(5)，其中数字微镜器件(5)设置于透镜(4)上方的焦平面上，第一光栅(3)和第二光栅(6)并排设置于透镜(4)下方的焦平面上，物镜(2)设置于第一光栅(3)的下方，样品(1)放于物镜(2)下方的载物台上；所述的面阵光电探测器(7)设置于第二光栅(6)的下方；所述的数据采集卡(8)分别与数字微镜器件(5)、面阵光电探测器(7)和计算机(9)相连；

所述的探测识别方法，步骤如下：

步骤一、通过物镜(2)的入射平行光束经第一光栅(3)分光并通过透镜(4)后，源自相同波长的光将汇聚在数字微镜器件(5)的同一微镜单元上；

步骤二、通过计算机(9)及数据采集卡(8)控制数字微镜器件(5)上各微镜单元的旋转角度，反射指定波长的光，并再次通过透镜(4)被成像到第二光栅(6)上；由于光路的可逆性，指定波长的光通过第二光栅(6)后形成特定波长组合的平行光束；

步骤三、通过计算机(9)及数据采集卡(8)控制数字微镜器件(5)中各微镜单元的开关时间以及面阵光电探测器(7)的曝光时间，实现对于待测目标的特定光谱透过率的编码滤波，并由面阵光电探测器(7)采集光信号后成像，得到宽带测量图像；

步骤四、利用采集的宽带测量图像中各像素点的值，对待测目标及背景进行分类，实现采集数据对于待测目标的直接探测与识别。

2.根据权利要求1所述的探测识别方法，其特征在于，所述步骤三中，特定光谱透过率是利用高光谱图像数据编码滤波算法获得，具体步骤如下：

1)首先，利用主成分分析方法，根据公式(1)计算待测目标高光谱图像数据H的协方差矩阵D；

其中，为待测目标高光谱图像数据H标准化后的矩阵，上标“T”表示矩阵的转置；

然后，将协方差矩阵D的特征向量按特征值由大到小排列后，取其中前k个组成特征向量矩阵U₁；

随后，通过公式(2)计算并获得高光谱图像的特征值S，即降维后的高光谱图像数据；

S＝HU₁ (2)

2)利用线性判别算法，计算变换向量U₂；

首先，设待测目标分别对应m个类别，计算第i类样本的散列度矩阵

其中，S_i为特征值S中的第i类样本元素，μ_i为第i类样本特征值的均值；

然后，计算类内离散度矩阵S_ω；

随后，计算类间离散度矩阵S_B

其中，μ为所有样本特征值的均值；

最后，求出的最大特征值，最大特征值对应的特征向量即为变换向量U₂；

3)根据公式(6)，计算对待测目标的高光谱图像数据编码滤波的光谱透过率T，T中光谱透过率的个数与待测目标的类别数m相同；

T＝U₁U₂ (6)

4)由于图像探测识别系统只能实现非负的光谱透过率，故利用光谱成像透过率T₁、补偿光谱透过率T₂与T的关系求得T₁和T₂，满足公式(7)：

T＝T₁-T₂ (7)

其中，T₂矩阵由T矩阵中最小值的绝对值所构成，T₁、T₂的维数与T相同；

5)对待测目标的通过光谱成像透过率T₁和补偿光谱透过率T₂分别进行两次编码滤波，并利用面阵光电探测器(7)采集图像I₁及I₂后相减，获得高光谱数据后处理后的最终图像I；最终图像I等效于通过光谱透过率T编码滤波后的图像。