[發明專利]壓縮光譜成像系統、重建方法、裝置及終端設備

有效

• 申請號: 201711268493.7
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108225561B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 馬翠;林慧;張國棟;杜如虛
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01N21/01
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

本發明適用于光譜成像技術領域，提供了一種壓縮光譜成像系統及方法，該系統包括探測光源；沿著光的傳播方向依次包括分光光柵、數字微鏡、合光光柵和探測器；還包括計算和控制單元，用于控制所述數字微鏡形成多個循環分布的正弦編碼圖形，調整所述正弦編碼圖形的形狀，接收所述探測器在采取不同所述正弦編碼圖形時探測到的光譜圖像，并組合所述光譜圖像，通過傅里葉逆變換重建原始光譜圖像。本發明的壓縮光譜成像系統采用雙光柵結構，通過在數字微鏡中寫入正弦編碼圖形，改變所述正弦編碼圖形的周期和相位，獲得不同的檢測光譜圖像，最終使用傅里葉逆變換進行壓縮光譜重建，縮短了光譜重建的時間。

技術領域

本發明屬于光譜成像技術領域，尤其涉及一種壓縮光譜成像系統、重建方法、裝置及終端設備。

背景技術

光譜成像系統是成像技術和光譜技術有機結合而成，能夠在探測物體空間特征信息的同時得到空間像元色散形成的光譜信息，得到的是不同波長下的物體圖像，是個三維數據，通常稱為數據立方體。

CCD探測器檢測到的為二維數據，光譜成像系統實現從二維數據重建三維數據的方式有多種，包括濾光片式、光柵掃描式、哈達瑪變換、編碼孔徑快速光譜成像系統(CodedAperture Snapshot Spectral Imaging，CASSI)等。

濾光片式系統結構簡單，但光譜分辨率與濾光片波段有關。光柵掃描式和哈達瑪變換需要進行多次掃描或多次測量才能得到三維光譜圖像信息，檢測時間長。

CASSI是一種壓縮光譜成像系統，主要包括兩種類型，一種是雙光柵系統，被測物體的反射光經分光光柵進行分光，聚焦在編碼孔徑上進行光譜編碼，再到合光光柵進行合光，最后通過探測器檢測編碼后的圖像。另一種是單光柵系統，物體成像在編碼孔徑，對空間信息進行編碼，再經分光光柵進行分光，最后通過探測器檢測。通過合理的編碼方式，兩種類型都可通過壓縮感知方法實現壓縮光譜成像。利用壓縮感知的方法可以對單次或少數幾次測量的二維數據優化重建，得到三維數據立方體，這種實現方法雖然相比濾光片式、光柵掃描式、和哈達瑪變換系統的測量時間短，但重建算法耗時較長。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種壓縮光譜成像系統、重建方法、裝置及終端設備，以解決現有技術中壓縮光譜重建時間長的技術問題。

本發明實施例的第一方面提供了一種壓縮光譜成像系統，該系統包括探測光源，所述探測光源照射到待測物體上得到反射光，沿著所述反射光的傳播方向依次包括分光光柵、數字微鏡、合光光柵和探測器；所述數字微鏡用于對照射到所述數字微鏡的光進行編碼；

所述系統還包括計算和控制單元，分別連接所述探測器和所述數字微鏡，所述計算和控制單元用于控制所述數字微鏡形成多個循環分布的正弦編碼圖形，調整所述正弦編碼圖形的形狀，接收所述探測器在采取不同所述正弦編碼圖形時探測到的光譜圖像，并組合所述光譜圖像重建所述反射光的原始光譜圖像。

本發明實施例的第二方面提供了一種壓縮光譜重建方法，該方法應用于壓縮光譜成像系統，所述系統包括探測光源，所述探測光源照射到待測物體上得到反射光，沿著所述反射光的傳播方向所述系統還依次包括分光光柵、數字微鏡、合光光柵和探測器；所述系統還包括計算和控制單元，分別連接所述探測器和所述數字微鏡，所述計算和控制單元用于控制所述數字微鏡形成多個循環分布的正弦編碼圖形，所述數字微鏡用于對照射到所述數字微鏡的光進行正弦編碼，該方法包括：

確定所述數字微鏡一個所述正弦編碼圖形所占編碼像素數目N，及多個循環分布的所述正弦編碼圖形的編碼像素初始點對應的探測器的像素位置(m,n₀)；

將具有不同周期和不同相位值的所述正弦編碼圖形寫入所述數字微鏡；

接收所述探測器在所述正弦編碼圖形的周期取不同值，并針對不同周期，改變所述正弦編碼圖形的相位值得到的多個光譜圖像；