[发明专利]一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法

说明书

本发明公开的一种简便的系统响应标定方法，用于编码孔径快照成像光谱系统，属于计算摄像学领域。针对现有技术中编码孔径快照成像光谱系统响应函数标定方法费时、费力、成本高的技术问题，本发明公开的一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，将响应函数的标定问题转化为线性方程组的求解问题，无需要引入额外的器件即能够较为精确地得到系统的响应函数，进而提高编码孔径快照成像光谱系统标定效率，节约标定成本。

技术领域

本发明涉及一种用于编码孔径快照成像光谱仪的、简便的系统响应标定方法，属于计算摄像学领域。

背景技术

光谱成像不同于传统的RGB成像或全色成像，其在更宽的光谱范围上对场景的光谱信号进行了更精细的采样，能够获取更为丰富的场景信息。光谱成像的这一特点使其在污水检测、植被研究、大气监测、医学诊断等领域相比传统成像技术具有得天独厚的优势，因此正在被越来越广泛地投入应用。

目前，光谱成像技术可以分为“完全采样”的传统光谱成像技术和“欠采样”的基于压缩感知的计算光谱成像技术。前者虽然能够以较高的精度获取空间-光谱信息，但是不可避免地要在空间、时间或者光谱维度上进行推扫。随着人们对获取动态场景的光谱信息的需求不断提升，传统的光谱成像技术显得越来越捉襟见肘。而基于压缩感知的计算光谱成像技术有望突破传统光谱成像技术中空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率不可兼得的困境，近年来已经受到越来越多的关注。

基于压缩感知的计算光谱成像技术通过对场景的空间信息和光谱信息进行调制，能够在单次曝光中获取全部的空间-光谱信息，后期利用特定的重构算法，就可以获得不同波段下场景的图像。与传统光谱成像技术相比，基于压缩感知的计算光谱成像技术能够胜任动态场景的观测。

Ashwin Wagadarikar等人设计的编码孔径快照成像光谱仪(Coded ApertureSnapshot Spectral Imager,CASSI)是最常用的计算光谱成像装置之一。在此基础上还衍生出了CASSI+RGB相机、CASSI+全色相机等变体。CASSI系统的核心部件包括一块编码板和一块色散棱镜。编码板对场景信息在空间维度上进行编码，色散棱镜把不同波长的光谱信号调制到不同的空间位置。精确地描述系统对空间-光谱信号的调制过程对后期的重构至关重要。

由于直接标定CASSI系统响应函数存在的困难，目前的工作大多假设系统响应为理想脉冲响应，仅仅考虑位置调制而忽略强度调制。这种不精确的描述在相当大的程度上损害了重构的精度。Henry Arguello等人试图用DMD(Digital Mirror Device)替代编码模板来对系统响应进行标定(详见Henry Arguello,Hoover Rueda,Yuehao Wu,DennisW.Prather,and Gonzalo R.Arce,Higher-order computational model for codedaperture spectral imaging,Appl.Opt.52,D12-D21(2013))，但是这种标定方法需要逐DMD单元进行操作，费时费力，并且DMD的引入极大地增加了系统的成本。

发明内容

针对现有技术中CASSI系统响应函数标定方法费时、费力、成本高的技术问题，本发明公开的一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，将响应函数的标定问题转化为线性方程组的求解问题，无需要引入额外的器件即能够较为精确地得到系统的响应函数，进而提高CASSI系统标定效率，节约标定成本。

本发明公开的一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，包括如下步骤：

步骤101：用不同波长的均匀单色光照射CASSI系统中的编码模板M，得到并记录不同波长的均匀单色光在探测器上成的像

CASSI系统由物镜、编码模板、中继镜、色散棱镜和灰度相机构成。目标场景为I(x,y,λ)，f(x,y)为探测器上成的像，公式(1)描述了CASSI系统的成像过程：