[发明专利]一种基于压缩感知的计算多光谱成像系统

摘要

本发明公开了一种基于压缩感知的计算多光谱成像系统。本系统由望远镜成像模块，数字微反射镜DMD及控制模块，光学汇聚透镜，滤光片轮，光电倍增管PMT，数据采集模块，多光谱图像重构模块组成。系统按照预先所设置调制模板的数学形式调制目标场景的空间信息，再经由后续数据计算方法反演得到目标场景的多光谱图像。本发明的优点是：无需任何扫描，目标图像重构所需的数据量少，探测灵敏度高，结构简单。

主权项

一种基于压缩感知的计算多光谱成像系统，它包括：望远镜成像模块(1)，数字微反射镜DMD及控制模块(2)，光学汇聚透镜(3)，滤光片轮(4)，单像素光电倍增管PMT(5)，数据采集模块(6)，多光谱图像重构模块(7)；其特征在于：所述的望远镜成像模块(1)采用焦距为304.8mm，口径为101.6mm的望远镜；所述的数字微反射镜DMD及控制模块(2)中的数字微反射镜DMD采用1024×768像素，像素大小为13.69μm的DMD；所述的数据采集模块(6)采用的采集卡量化位数为16位，采样率250kS/s；系统各模块之间的连接关系及工作过程如下：目标场景通过望远镜成像模块(1)成像于数字微反射镜DMD上。设定目标场景的空间信息被划分为m×n像素，光谱信息被划分为L个谱段，其图谱信息依次表示为φ(x,y,λ1),φ(x,y,λ2)...φ(x,y,λL)，这些函数的取值等于目标场景上特定像素点的对应谱段的强度值；数字微反射镜DMD及控制模块(2)每次加载一个调制模板，DMD第一次调制，令调制模板为θ1(m,n)，具体取值为一个事先设定好的m×n阶随机矩阵，矩阵元素的取值为0或者1，所有的元素服从高斯随机分布。保持调制模板不变，调制后的场景经过光学汇聚透镜(3)汇聚，控制滤光片轮(4)，使其允许通过的谱段依次为λ1,λ2...λL；对于每一个谱段的光信号被单像素光电倍增管PMT(5)探测后，经数据采集模块(6)采集，得到的电压信号依次用f1(x,y,λ1),f1(x,y,λ2)...f1(x,y,λL)表示；依次类推，DMD第k次调制，记调制模板为θk(m,n)，k的取值范围为：其中N＝m×n，S为Φ(x,y,λL)的稀疏度；同第一次调制的过程，经数据采集模块(6)采集，得到的电压信号依次为：fk(x,y,λ1),fk(x,y,λ2)...fk(x,y,λL)；最后，多光谱图像重构模块(7)对数据采集模块(6)采集到的信号进行处理，最终得到目标场景的多光谱图像。