[發明專利]一種編碼孔徑光譜成像儀的光譜圖像復原方法

無效

• 申請號: 201310308864.5
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103400350A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 李蕓;李立波;孫鑫;王爽;李然;胡炳樑
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G01J3/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

1.一種編碼孔徑光譜成像儀的光譜復原方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1]組裝編碼孔徑光譜成像儀：

連接成像儀、采集卡和計算機，在成像儀的物距處安裝激光器，調整激光器并使其能夠照射進成像儀的鏡筒內，所述成像儀的鏡筒中設置有數字微鏡器件DMD；

步驟2]給數字微鏡器件DMD進行二維編碼：

將二維編碼輸入計算機，數字微鏡器件DMD加載二位編碼，在數字微鏡器件DMD上得到相應的二維編碼模板；所述二位編碼模板由0、1元素組成，其中0代表光透過，1代表光不透過；

步驟3]調整單色儀：

3.1】將激光器去掉，換成單色儀；

3.2】調整單色儀不同波段的輸出光能量，使得單色儀最小波段的輸出光能量大于探測器最小探測能量，單色儀最大波段的輸出光能量小于探測器最大探測能量；

步驟4]對編碼孔徑光譜成像儀進行定標，并將定標結果進行記錄：

4.1】根據儀器光譜分辨率及光譜范圍，調整單色儀，使其輸出多個不同波段的單色光，并照射編碼孔徑光譜成像儀；

4.2】逐一采集探測器上的不同波段的編碼矩陣圖像，得到波段與編碼矩陣圖像的對應關系和投影矩陣；

步驟5]采集二維編碼背景圖像：

移掉單色儀，通過成像儀、采集卡在計算機上記錄采集到的經過二維編碼模板調制的二維編碼背景圖像；

步驟6]采集編碼圖像：

6.1】在與步驟5同樣的環境下，在成像儀的物距處放置觀測目標；

6.2】通過成像儀、采集卡在計算機上記錄采集到的經過二維編碼模板調制的二維編碼目標圖像；

步驟7]對步驟6]得到的二維編碼目標圖像做處理：

7.1】將步驟6]得到的二維編碼目標圖像減去步驟5]所得到的二維編碼背景圖像，采用降噪算法降低CCD上的噪聲干擾，得到降噪后二維編碼目標圖像；

7.2】對降噪后二維編碼目標圖像進行歸一化處理，進行裁剪，得到目標編碼圖像；

步驟8]光譜圖像復原：

8.1】計算初始值f₀=H^Tg，其中，g是目標編碼圖像，H是投影矩陣；

8.2】根據公式1和2采用兩步迭代收縮閾值算法，計算圖像復原數據：

f_t=(1-α)f_t-2+(α-β)f_t-1+βΓ_λ(f_t-1)??????（1）

其中：α，β是平衡參數，

Γ_λ(f)=f+H^T(g-Hf)???????????（2）

8.2.1】令當前t=1，此時f_t-1為f₀，f_t-2為f_-1，取f_-1為零，將f₀=H^Tg代入公式1中計算f₁

8.2.1.1】根據公式3，分別計算f₀對應的目標函數X(f₀)和f₁對應的目標函數X(f₁)

X(f)=12||g-Hf||22+τΦTV(f)---(3)]]>

其中，ΦTV(f)=Σi(Δihf)2+(Δivf)2,]]>和代表對f的一階水平和垂直

差分，Δihf=fi,j,k-fi+1,j,k,]]>Δivf=fi,j,k-fi+1,j,k]]>

8.2.1.2】比較X(f₁)和X(f₀)的大小，如果X(f₁)<X(f₀)，則執行步驟8.2.2】；

如果X(f₁)>X(f₀)，則調整平衡參數，執行步驟8.2.1】；

8.2.2】取t=2，將f₁和f₀代入公式1中計算f₂；根據公式4判斷是否終止迭代：

C(ft,ft-1)=|X(ft)-X(ft-1)|X(ft-1)---(4)]]>

若C(f_t,f_t-1)<tolerance，則停止迭代，f_t即為復原的光譜圖像；其中tolerance為終止閾值；

若C(f_t,f_t-1)>tolerance，則執行8.2.1.2】；

8.2.3】在前兩個迭代值的基礎上，利用公式1進行估計得到新的值，再重復8.2.2】；

8.2.4】設定閾值，終止函數如公式4所示，終止閾值為tolerance,若C(f_t,f_t-1)<tolerance，停止迭代，最后得到的數據即為重構的數據立方體，tolerance=10^-4。