[發明專利]量子點光譜成像系統

在審

• 申請號: 201710146831.3
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106872035A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 魏立冬;王英俊;周錦松;景娟娟;李雅燦;楊雷;付錫祿;王欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

1.一種量子點光譜成像系統，其特征在于，包括：依次設置的前置望遠鏡、量子點陣列片和圖像探測器；所述圖像探測器位于前置望遠鏡的后焦面處，所述量子點陣列片是將具有不同光譜透過率特性的量子點材料沿光譜維方向平行制作在基底上，每一種量子點材料在光譜維方向上覆蓋一行或多行探測器像素，形成一種量子點條帶；

利用系統對探測目標以行為單位進行采樣成像時，量子點陣列片每一量子點條帶覆蓋的一行或多行像元均對應成像條帶狀的探測目標，對于量子點陣列片后獲得對應探測目標每一行數據的采樣數據，利用光譜重構算法來獲得對應探測目標的數據立方體，再將所有數據立方體前后拼接，即獲得了整個探測目標的圖譜數據立方體。

2.根據權利要求1所述的量子點光譜成像系統，其特征在于，一量子點條帶的量子點光譜透過率及其覆蓋的探測器像元的光譜響應的綜合作用構成了該量子點條帶的光譜透過率函數，沿推掃方向共制作i種具有不同光譜透過率函數的量子點條帶，其光譜透過率函數分別為T_i(λ)；

每一量子點條帶的光譜透過率函數T_i(λ)利用氙燈光源、單色儀和積分球組成的裝置進行測試，氙燈光源發出光束，利用單色儀輸出單色光進入積分球后在其出口處獲得單色光均勻照明面，將量子點條帶和探測器集成后放在均勻照明面附近從而對整個探測器的光譜相應進行測試，獲得量子點條帶的光譜透過率函數T_i(λ)。

3.根據權利要求1所述的量子點光譜成像系統，其特征在于，利用系統對探測目標以行為單位進行采樣成像時，量子點陣列片每一量子點條帶覆蓋的一行或多行像元均對應成像條帶狀的探測目標；推掃成像過程中，當進行第1幀探測時，不同視場的條帶狀探測目標發出的光束通過前置望遠鏡和相應的量子點條帶后被探測器接收；當第2幀探測時，條帶狀探測目標的數據立方體沿著推掃方向移動，條帶狀探測目標的第2行數據相應的被量子點陣列片上第2行接收，以此類推；

當圖譜數據立方體遍歷完整個量子點陣列片后，每一個條帶狀探測目標依次通過了量子點陣列片的i種不同的量子點條帶，得到了i次的采樣數據。

4.根據權利要求1所述的量子點光譜成像系統，其特征在于，所述光譜重構算法來獲得對應探測目標的數據立方體包括：

假設入射光譜曲線為通過n_F個量子點條帶，同時測量通過每一個量子點條帶后的透射光強I_i：

其中，T_i(λ)為第i個量子點條帶的光譜透過率函數；

將連續的入射光譜分成由n_λ個離散波長組成，則上式變為：

上式中，離散波長的光譜間隔為Δ＝(b-a)/(n_λ-1)和λ_j＝a+(j-1)×Δ；當j＝1和j＝n_λ時Δλ_j＝Δ/2，當j為其他數值時，Δλ_j＝Δ；

將上式寫成矩陣方程：

上式中，數據向量I∈R^i×1由入射光譜通過量子點后所形成的光強所組成，數據矩陣T(λ)∈R^i×j中每一行表示量子點不同波長的光譜吸收率；

在理想情況下，入射光譜的離散波長數量n_λ和量子點條帶數量n_F相等，則利用最小二乘線性回歸的計算方法獲得該入射光譜曲線

在實際測量過程中，會存在一定的觀測誤差或噪聲n，則上述矩陣方程變為：

如果離散波長數量n_λ小于等于量子點條帶數量n_F，即矩陣方程的求解為超定矩陣求解，則采用最小二乘法和Tikhonov正則化和遺傳算法等得到最優解；如果離散波長數量n_λ大于量子點條帶數量n_F，即矩陣方程的求解為欠定矩陣求解，則采用L1范數最小化理論，或者利用轉換矩陣，即通過減少線性方程組未知量個數，將欠定矩陣轉變為超定矩陣方程的求解。