[发明专利]一种随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法

权利要求书

1.一种随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，采用的光电器件包括：激光器(1)、二向色镜(2)、激光扫描模块(3)、物镜(4)、散射投影模块(5)、成像光谱仪(6)、探测器(7)、计算机(8)和模拟信号产生器(9)；所述激光扫描模块(3)包括第一扫描振镜组(31)和中继光路(32)；所述的散射投影模块(5)由第二扫描振镜组(51)和透镜(52)构成；所述的探测器(7)为二维阵列光电探测器；所述模拟信号产生器(9)至少有4个模拟电压输出通道；其特征在于，所述模拟信号产生器(9)用于产生采样波形(10)和投影波形(12)，所述的采样波形(10)和投影波形(12)在时间上同步；

该方法包括：

步骤一、激光点阵产生和并行激发拉曼散射：所述的激光器(1)产生的激光束通过所述二向色镜(2)反射进入所述激光扫描模块(3)，依次经过第一扫描振镜组(31)和中继光路(32)，并在由所述模拟信号产生器(9)产生的采样波形(10)的作用下，以分时复用的原理在所述物镜(4)的焦平面上产生二维聚焦激光点阵，并行激发样品中多个位置点的拉曼散射；

步骤二、拉曼散射投影和并行探测：所述二向色镜(2)将所述二维聚焦激光点阵所激发的拉曼散射透射进入所述的散射投影模块(5)，依次经过第二扫描振镜组(51)和透镜(52)，并在所述模拟信号产生器(9)产生的投影波形(12)的作用下，将所述拉曼散射同步扫描后随机交错地投影到所述成像光谱仪(6)的输入平面上；所述成像光谱仪(6)将交错排列的拉曼散射色散分光后成像于所述的二维阵列光电探测器的感光面上，设置积分时间，并行采集样品中多个位置点的拉曼散射，从而将三维的光谱数据压缩在二维阵列光电探测器上，形成多条压缩光谱带(14)，实现三维高光谱信息的压缩探测；

步骤三、拉曼光谱数据处理和重建原始的三维高光谱图像：从所述探测器(7)记录的多条压缩光谱带(14)中提取压缩的二维高光谱数据，利用高光谱重建算法在压缩感知框架下求解线性可逆问题，从压缩的二维高光谱数据中重构出原始的三维高光谱图像。

2.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述中继光路(32)将所述第一扫描振镜组(31)成像于所述物镜(4)的入瞳处。

3.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述第二扫描振镜组(51)位于所述透镜(52)的焦平面处。

4.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述第一扫描振镜组(31)和第二扫描振镜组(51)为均两轴振镜组，分别围绕相互垂直的两个轴快速转动，用于改变光束的偏转和俯仰角度。

5.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述二维聚焦激光点阵的激光焦点在点阵中等间隔地排列。

6.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述二维聚焦激光点阵激发的拉曼散射在所述成像光谱仪(6)输入平面上的投影位置按照二维点阵排列，在垂直方向上采用等间隔排列方式，同一行焦点所激发的拉曼散射在水平方向上的投影位置被随机地置换；随机交错地投影到所述成像光谱仪(6)的输入平面上由所述投影波形(12)作用于所述第二扫描振镜组(51)实现的。

7.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述采样波形(10)在空间上对样品进行等间隔地采样，所述投影波形(12)使得二维聚焦激光点阵所激发的拉曼散射在所述成像光谱仪(6)的入口处的投影位置呈随机交错排列。

8.根据权利要求1所述的随机交错投影的无监督压缩拉曼高光谱成像方法，其特征在于，所述的二维阵列光电探测器包括(但不限于)电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)中的一种。