[發(fā)明專利]區(qū)分熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像的成像系統(tǒng)及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201610130319.5 | 申請日： | 2016-03-08 |
| 公開（公告）號： | CN105784113B | 公開（公告）日： | 2017-09-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張永兵;苗長龍;季向陽;林星;李莉華;戴瓊海 | 申請（專利權(quán)）人： | 深圳市未來媒體技術(shù)研究院;清華大學深圳研究生院 |
| 主分類號： | G01J3/28 | 分類號： | G01J3/28 |
| 代理公司： | 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223 | 代理人： | 楊洪龍 |
| 地址： | 518000 廣東省深圳*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 區(qū)分 熒光 輻射 光譜 圖像 反射 成像 系統(tǒng) 方法 | ||
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及區(qū)分熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像的成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
高光譜成像是關(guān)于獲取單個場景點的幾十甚至更多的光譜信息的技術(shù)。高光譜成像所獲得的高光譜圖像集可以被看成是由空間維度(兩維)和光譜維度(一維)組成的三維數(shù)據(jù)。高光譜成像技術(shù)常被用于遙感拍攝、生物醫(yī)學分析、材料分析等領(lǐng)域。依托于這些應(yīng)用，許多高光譜成像方法已經(jīng)被提出。傳統(tǒng)的高光譜成像方法犧牲時間維度以滿足對光譜維度的要求，采用時序光譜掃描的方式完成成像。為克服這種弊端，實現(xiàn)對動態(tài)場景的高光譜分析，一些方法嘗試將光譜維度映射到空間維度上，采用空間變化的濾色片或者可調(diào)諧的光譜濾波器完成這個任務(wù)。另外的方法，則嘗試利用高光譜圖像的稀疏性，利用壓縮感知的原理，在一次曝光成像的圖片中恢復出高光譜圖像。但這些高光譜成像方法都沒有考慮熒光材料的特殊光譜特性。
對于一般的非熒光材料，材料表面反射出來的光譜并不改變?nèi)肷涔獾墓庾V譜段，本方法稱這種光譜為反射光譜。而熒光效應(yīng)，是指一種熒光材料，會吸收特定波長的光，進而輻射出波長更長波段的熒光，本方法稱它吸收的光譜為熒光吸收光譜，輻射的光譜為熒光輻射光譜。然而，傳統(tǒng)的高光譜成像技術(shù)并沒有考慮這種熒光效應(yīng)，更無法區(qū)分出場景中的反射光譜和熒光輻射光譜。
對于含有熒光材料的靜態(tài)場景，有很多公開方法可以用來區(qū)分反射光譜和熒光輻射光譜。雙光譜掃描通過不斷改變光源和成像的譜段，能夠準確獲取每一對入射光譜和輻射光譜的數(shù)據(jù)，但時間和工作的開銷大大限制了它的應(yīng)用。獨立成分分析(Independent Component Analysis)也可以用來實現(xiàn)對熒光輻射光譜和反射光譜的區(qū)分，但區(qū)分的效果并不十分理想，同時也受限于光譜的分布特性。通過利用熒光效應(yīng)的同分布特性(同一熒光材料輻射出光的光譜分布相同)，簡單的數(shù)學計算就可以從在多幅(不少于3)不同光照下的高光譜圖像集中分離出熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像。同樣，分別在兩束互補的光譜高頻光下捕獲高光譜數(shù)據(jù)也可以比較容易的區(qū)分反射光譜圖像和熒光輻射高光譜圖像。然而，以上這些方法因為采用了普通的譜段掃描的高光譜成像系統(tǒng)，而受限于靜態(tài)的場景分析。
在自然世界中，熒光材料廣泛存在，而且熒光特性只是熒光材料的一部分，一般的光譜反射特性它同樣具有。
【發(fā)明內(nèi)容】
為了實現(xiàn)對動態(tài)場景中熒光材料的分析，本發(fā)明提出了一種區(qū)分熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像的成像系統(tǒng)及方法。
區(qū)分熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像的成像系統(tǒng)，包括：物鏡、第一光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、蒙板、第三凸透鏡和光傳感器，場景輻射的熒光和反射的光依次經(jīng)過所述物鏡、第一光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、蒙板和第三凸透鏡到達所述光傳感器。
在一個實施例中，還包括空間光調(diào)制器，用于依次調(diào)制出光譜上互不重疊的兩束光照射到所述場景。
在一個實施例中，還包括光源、第四凸透鏡、第二光柵、第五凸透鏡，所述光源的光依次經(jīng)過所述第四凸透鏡、第二光柵和第五凸透鏡到達所述空間光調(diào)制器。
在一個實施例中，還包括濾波片，所述濾波片設(shè)置在所述光傳感器與第三凸透鏡之間。
在一個實施例中，所述空間光調(diào)制器為Lcos空間光調(diào)制器。
本發(fā)明還提供了區(qū)分熒光輻射光譜圖像和反射光譜圖像的成像方法，包括如下步驟：
S1、調(diào)制光譜上互不重疊的第一束光和第二束光，其中，所述第一束光和第二束光的頻率大于設(shè)定頻率；
S2、將所述第一束光和第二束光依次照射含有熒光材料的場景，所述場景輻射的熒光和反射的光依次經(jīng)過物鏡、光柵、第一凸透鏡、第二凸透鏡、蒙板和第三凸透鏡到達光傳感器；
S3、所述光傳感器依次捕獲第一束光照射所述場景對應(yīng)的第一圖像i1和第二束光照射所述場景對應(yīng)的第二圖像i2，第一圖像i1和第二圖像i2均包括熒光輻射光譜圖像f和反射光譜圖像r：
i1＝φ(l1·r+k1·f)
i2＝φ(l2·r+k2·f)
基于字典進行稀疏表示有如下關(guān)系：
f＝Dfαf
r＝Drαr
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于深圳市未來媒體技術(shù)研究院;清華大學深圳研究生院，未經(jīng)深圳市未來媒體技術(shù)研究院;清華大學深圳研究生院許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201610130319.5/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
