[發明專利]一種基于散射介質的超分辨光譜成像系統及方法

有效

• 申請號: 201710692976.3
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107907483B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 宮睿;王劍南;朱磊;劉杰濤;郭成飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明涉及一種基于散射介質的超分辨率光譜成像系統及方法。該系統包括：標定支路A、散射介質4、透鏡5、探測器6、待測支路B；標定支路A包括光源模塊1、第一準直擴束系統2和針孔3，待測支路B包括待測光源7、第二準直擴束系統8和目標9。本發明實施例首先測得光源模塊輸出不同波長時系統的點擴散函數，構建光譜點擴散函數(SPSF)，采用壓縮感知(CS)方法實現光譜重建，同時搭配合適散射平均自由程的散射介質，利用待測光源波長對應的點擴散函數對相機接收的散斑進行去卷積，可在不增加系統復雜度的前提下實現最大限度超分辨率成像。此外，本發明提出的超分辨率光譜成像系統結構簡單，易操控、元件成本低、且抗擾動能力強、適用領域廣。

技術領域

本發明屬于超分辨率光譜成像技術領域，具體涉及一種基于散射介質的超分辨光譜成像系統及方法。

背景技術

光譜成像技術由于能夠獲取目標的空間信息和光譜信息，根據物質特有的光譜特征，能夠實現對物質進行分類，目前己在民用、軍事、海洋及刑事偵查等方面取得了廣泛的應用。傳統的光譜成像技術成像光譜技術可分為三類：色散型，濾光片型和干涉型。

超分辨率光譜成像方法的應用最為廣泛，它是一種色散型分光技術、包括棱鏡分光技術和光柵分光技術，其中棱鏡分光技術利用材料對不同波長的光折射率不同將復色光在主截面內散開；光柵分光技術利用衍射的原理將復色光在主截面內散開等兩種方法實現光譜重建。

濾光片型成像光譜儀技術采用濾光片作為分光器件，如濾光片陣列、線性漸變濾光片、光楔濾光片等；另外還有兩種經典的調諧型濾光器，聲光可調諧濾光片(AOTF)和液晶可調諧濾光片(LCTF)。經濾光片濾光，探測器獲得的每幀圖像為準單色圖，通過變換濾光片或調諧濾光獲取完整的“數據立方”。

干涉型光譜成像技術也稱為傅里葉變換光譜成像技術，對獲取的干涉強度信息，進行傅里葉變換以獲得目標的光譜信息，具有高通量、多通道以及高光譜分辨率等優點。

上述方法均能實現光譜成像，但是均存在不足，例如，因為一次成像只能獲取完整三維數據立方體的一個一維或二維子集，為了獲取目標完整的光譜圖像，都需要進行時間上的掃描，如推掃、凝視掃描等，同時，隨著空間分辨率和光譜分辨率的提高，對探測器的幀頻要求也越來越高，大數量的傳輸也成了一大問題，限制了傳統超分辨率光譜成像方法的應用。

隨著科技的不斷發展，新型超分辨光譜成像系統采用更復雜的光譜到空間的映射，比如將光譜信息投影為復雜的強度圖樣，同時采用光譜點擴散函數(SPSF)來儲存不同入射波長對應的點擴散函數，最后利用壓縮感知(CS)算法實現光譜重建。這種方法可以靈活的選擇分光元件，比如多模光纖、光子晶體等，但是多模光纖充當分光元件時，抗擾動能力差，對光學系統結構復雜度要求較高，不利于準確重建光譜信號；光子晶體等元件等則存在降低待測目標信號信噪比的缺點，且上述兩種分光元件均無法實現對現有系統的超分辨率成像。

因此，研究一種結構簡單，易操控、元件成本低、且抗擾動能力強、適用領域廣的超分辨光譜成像系統具有重要的應用價值和前景。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于散射介質的超分辨光譜成像系統及方法，以實現結構簡單、易操作、高穩定性、低成本、適用范圍廣的超分辨率光譜成像技術，推進光學光譜成像技術的發展。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

本發明的一個實施例提供了一種基于散射介質的超分辨光譜成像系統及方法，包括：標定支路(A)、待測支路(B)、散射介質(4)、透鏡(5)及探測器(6)；所述散射介質(4)、所述透鏡(5)及所述探測器(6)依次串行連接；其中，

在光源標定階段，所述散射介質(4)與所述標定支路(A)連接，用于接收由所述標定支路(A)產生的點光源標定信號并對所述點光源標定信號進行編碼處理形成第一光束；