[发明专利]高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置

说明书

一种高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置。该高光谱获取方法，包括步骤：获取宽光谱光源的亮度数据和背景光的亮度数据；根据该背景光的亮度数据，对该宽光谱光源的亮度数据进行预处理，以得到去背景光的宽光谱光源亮度数据；根据相似性分类模型，对该去背景光的宽光谱光源亮度数据进行相似性分类处理，以得到宽光谱光源亮度数据的分类查找表；以及根据该宽光谱光源亮度数据的分类查找表，将该去背景光的宽光谱光源数据解算还原出被测物的光谱曲线数据，以完成高光谱的获取。

技术领域

本发明涉及高光谱成像技术领域，尤其是涉及高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置。

背景技术

光谱成像技术是利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息，其可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外以及中红外区域，获取许多窄带并且光谱连续的图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线。根据所获得的目标物的波段不同，光谱成像技术可以分为多光谱成像技术(获取波段在3-12之间，光谱分辨率一般在100nm左右)、高光谱成像技术(获取波段在100-200之间，光谱分辨率一般在10nm左右)以及超光谱成像技术(获取波段在1000-10000之间，光谱分辨率一般在1nm左右)，其中高光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展到植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。区别于传统的RGB图像，高光谱图像在光谱纬度有100-200的通道数，根据不同化合物独特的光谱特征，可以像指纹一样区分不同的化合物，在遥感、成分检测、健康监控、军事以及科学研究等领域都具有非常重要的意义。

目前，常见的光谱成像装置通常可以配置光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜或编码宽光谱成像等器件，其中：配置有光栅分光的光谱成像装置需要选择高灵敏相机，同时需要配备光源；配置有声光可调谐滤波分光的光谱成像装置则由声光介质、换能器以及声终端三部分组成；配置有棱镜分光的光谱成像装置则将入射光经由棱镜分成不同的方向，然后照射到不同方向的探测器上进行成像；配置有芯片镀膜的光谱成像装置则是在探测器的像源上分别镀不同波段的滤波膜来实现高光谱成像；配置有编码宽光谱成像的光谱成像装置是将物体发出(或反射)的光经由光谱曲线不同的编码宽光谱调制器件(比如光谱透过率不同的滤光片)调制后入射到成像器件上，得到被测物在编码宽光谱光源照射下的亮度数据，并解算还原被测物在各谱段的图像。

然而，一方面，配置有光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光或芯片镀膜的光谱成像装置存在的缺点主要是光谱分辨率受限于光栅、滤光片、棱镜或镀膜的分光精度，实现高光谱成像实现成本高，同时光谱经过窄带分光后，得到的窄带光能量大大降低，也会影响成像质量；另一方面，配置有编码宽光谱成像的光谱成像装置的缺点则是每个成像点的高光谱还原的计算量较大。特别是，考虑到常用图像传感器的分辨率在百万甚至千万像素以上，对所有像素的光谱还原的计算量十分庞大，这将导致在一般的嵌入式低功耗平台，编码宽光谱成像方法难以实施。

发明内容

本发明的一优势在于提供一高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置，其能够解决编码宽光谱解算还原计算量庞大的问题，有助于降低编码光谱解算对硬件平台的处理能力的要求。

本发明的另一优势在于提供一高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置，其中，在本发明的一实施例中，所述高光谱获取方法能够根据原始光谱数据的相似性进行分类，在保证最终光谱解算精度的前提下，大大减少高光谱解算的成像点数量，减少编码宽光谱成像装置设计的硬件成本。

本发明的另一优势在于提供一高光谱获取方法及其系统、电子设备和编码宽光谱成像装置，其中，在本发明的一实施例中，所述高光谱获取方法能够利用分块操作的方法来避免宽光谱光源亮度数据的分类查找表过大，以减小相似性分类的查找计算量，从而进一步减少所述高光谱获取方法的计算量。