[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

说明书

本发明提供一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统及方法，属于光学领域。该目标探测识别系统包括可编程滤光片、面阵光电探测器、数据采集卡、计算机以及成像光学元件。该目标探测识别方法通过调节可编程滤光片的光谱透过率对目标的高光谱图像数据进行编码滤波，进而将高光谱图像数据后处理融入到高光谱图像数据采集过程中，有效地避免了传统高光谱成像技术中耗时的高光谱图像数据采集及后处理过程，可实现采集数据对于待测目标的直接探测与识别，极大地减轻高光谱图像数据传输系统、处理系统和存储系统的负担。

技术领域

本发明涉及一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统及方法，属于光学领域。

背景技术

高光谱成像是一种将成像与光谱测量相结合的技术，其通过探测目标的二维几何空间信息和随波长分布的一维光谱信息，获取光谱连续、窄波段的图像，即三维光谱数据立方体。与传统成像技术相比，高光谱成像技术可以获取到电磁波谱紫外、可见光、近红外等波段内大量连续的光谱信息，可为每个像元提供几十个到几百个光谱宽度小于10nm的窄带光谱数据，进而绘制出完整而连续的光谱曲线。因此，高光谱成像技术不仅可以利用所获得的目标影像信息作为图像识别的基础，还可以利用丰富的光谱特征反映目标的内部结构及组成成分，发现用纹理、边缘等空间特征无法或难以探测的目标。因此，高光谱成像技术在卫星遥测、公共预警、食品安全、生物医学等众多领域具有重要的应用价值。

根据成像方式的不同，高光谱成像技术可分为扫描式高光谱成像技术和快照式高光谱成像技术。其中扫描式高光谱成像技术通过点扫描、线扫描或凝视式扫描等方式，一次采集只能获取完整三维数据立方体的一个一维或二维子集。因此，为了获取目标完整的高光谱图像，扫描式高光谱成像技术通常需要进行多次不同时间的扫描。当空间分辨率和光谱分辨率要求较高时，扫描式高光谱成像技术的成像速度相对较慢且需要大规模光谱数据传输。而快照式高光谱成像技术依据高光谱图像数据的稀疏性，通过光路变换方法对高光谱图像数据进行压缩，并通过计算反演方法恢复高信噪比的高光谱图像。因此，快照式高光谱成像技术可通过单次或少量二维测量获取完整的三维高光谱图像，极大地提高了高光谱图像的采集效率。然而，快照式高光谱成像技术通常需要较高分辨率的探测器或较长耗时的高光谱图像数据恢复过程等，不利于对目标实施实时的探测与识别。另外，无论是扫描式高光谱成像技术还是快照式高光谱成像技术，其最终获得的高光谱图像数据体量巨大，不仅给高光谱图像数据后处理带来巨大的运算量以及较高的处理复杂度，也导致高光谱图像数据的传输和储存系统的负荷量大幅增加。

为解决上述问题，我们提出了一种基于可编程滤光片的可编程高光谱成像及数据后处理方法，其中可编程滤光片指一种通过编程控制的可实现任意光谱透过率的新型滤光片技术。该方法通过调节可编程滤光片的光谱透过率对目标的高光谱图像数据进行编码滤波，进而将高光谱图像数据后处理融入到高光谱图像数据采集过程中，有效地避免了传统高光谱成像技术中耗时的高光谱图像数据采集及后处理过程，可实现采集数据对于待测目标的直接探测与识别。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统及方法，该方法通过将高光谱图像数据后处理融入到高光谱图像数据采集过程中，可极大地提高高光谱成像及高光谱图像数据后处理的时间效率。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别系统，该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，所述的物镜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。

一种基于可编程高光谱成像的目标探测识别方法，步骤如下：