[发明专利]一种编码孔径光谱成像仪的光谱图像复原方法

摘要

本发明涉及一种编码孔径光谱成像仪的光谱图像复原方法，包括以下步骤：步骤1]组装编码孔径光谱成像仪：步骤2]给数字微镜器件DMD进行二维编码：步骤3]调整单色仪：步骤4]对编码孔径光谱成像仪进行定标，并将定标结果进行记录：步骤5]采集二维编码背景图像：步骤6]采集编码图像：步骤7]对步骤6]得到的二维编码目标图像做处理：步骤8]光谱图像复原：本发明解决了现有的光谱成像仪都存在的时间扫描或空间扫描问题，应用本本发明方法具有一定的普遍适用性，可以用于编码孔径光谱成像仪中的许多编码模板的光谱复原，并且对其他一些光谱成像仪的实验室结果有一定的指导意义。

主权项

1.一种编码孔径光谱成像仪的光谱复原方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1]组装编码孔径光谱成像仪：连接成像仪、采集卡和计算机，在成像仪的物距处安装激光器，调整激光器并使其能够照射进成像仪的镜筒内，所述成像仪的镜筒中设置有数字微镜器件DMD；步骤2]给数字微镜器件DMD进行二维编码：将二维编码输入计算机，数字微镜器件DMD加载二位编码，在数字微镜器件DMD上得到相应的二维编码模板；所述二位编码模板由0、1元素组成，其中0代表光透过，1代表光不透过；步骤3]调整单色仪：3.1】将激光器去掉，换成单色仪；3.2】调整单色仪不同波段的输出光能量，使得单色仪最小波段的输出光能量大于探测器最小探测能量，单色仪最大波段的输出光能量小于探测器最大探测能量；步骤4]对编码孔径光谱成像仪进行定标，并将定标结果进行记录：4.1】根据仪器光谱分辨率及光谱范围，调整单色仪，使其输出多个不同波段的单色光，并照射编码孔径光谱成像仪；4.2】逐一采集探测器上的不同波段的编码矩阵图像，得到波段与编码矩阵图像的对应关系和投影矩阵；步骤5]采集二维编码背景图像：移掉单色仪，通过成像仪、采集卡在计算机上记录采集到的经过二维编码模板调制的二维编码背景图像；步骤6]采集编码图像：6.1】在与步骤5同样的环境下，在成像仪的物距处放置观测目标；6.2】通过成像仪、采集卡在计算机上记录采集到的经过二维编码模板调制的二维编码目标图像；步骤7]对步骤6]得到的二维编码目标图像做处理：7.1】将步骤6]得到的二维编码目标图像减去步骤5]所得到的二维编码背景图像，采用降噪算法降低CCD上的噪声干扰，得到降噪后二维编码目标图像；7.2】对降噪后二维编码目标图像进行归一化处理，进行裁剪，得到目标编码图像；步骤8]光谱图像复原：8.1】计算初始值f₀=H^Tg，其中，g是目标编码图像，H是投影矩阵；8.2】根据公式1和2采用两步迭代收缩阈值算法，计算图像复原数据：f_t=(1-α)f_t-2+(α-β)f_t-1+βΓ_λ(f_t-1)      （1）其中：α，β是平衡参数，Γ_λ(f)=f+H^T(g-Hf)           （2）8.2.1】令当前t=1，此时f_t-1为f₀，f_t-2为f_-1，取f_-1为零，将f₀=H^Tg代入公式1中计算f₁8.2.1.1】根据公式3，分别计算f₀对应的目标函数X(f₀)和f₁对应的目标函数X(f₁)X(f)=12||g-Hf||22+τΦTV(f)---(3)]]>其中，ΦTV(f)=Σi(Δihf)2+(Δivf)2,]]>和代表对f的一阶水平和垂直差分，Δihf=fi,j,k-fi+1,j,k,]]>Δivf=fi,j,k-fi+1,j,k]]>8.2.1.2】比较X(f₁)和X(f₀)的大小，如果X(f₁)<X(f₀)，则执行步骤8.2.2】；如果X(f₁)>X(f₀)，则调整平衡参数，执行步骤8.2.1】；8.2.2】取t=2，将f₁和f₀代入公式1中计算f₂；根据公式4判断是否终止迭代：C(ft,ft-1)=|X(ft)-X(ft-1)|X(ft-1)---(4)]]>若C(f_t,f_t-1)<tolerance，则停止迭代，f_t即为复原的光谱图像；其中tolerance为终止阈值；若C(f_t,f_t-1)>tolerance，则执行8.2.1.2】；8.2.3】在前两个迭代值的基础上，利用公式1进行估计得到新的值，再重复8.2.2】；8.2.4】设定阈值，终止函数如公式4所示，终止阈值为tolerance,若C(f_t,f_t-1)<tolerance，停止迭代，最后得到的数据即为重构的数据立方体，tolerance=10^-4。