[發明專利]一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別系統及方法

有效

• 申請號: 201811383560.4
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109490223B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 陳碩;路交;任月天;陳梓昂
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明提供一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別系統及方法，屬于光學領域。該目標探測識別系統包括可編程濾光片、面陣光電探測器、數據采集卡、計算機以及成像光學元件。該目標探測識別方法通過調節可編程濾光片的光譜透過率對目標的高光譜圖像數據進行編碼濾波，進而將高光譜圖像數據后處理融入到高光譜圖像數據采集過程中，有效地避免了傳統高光譜成像技術中耗時的高光譜圖像數據采集及后處理過程，可實現采集數據對于待測目標的直接探測與識別，極大地減輕高光譜圖像數據傳輸系統、處理系統和存儲系統的負擔。

技術領域

本發明涉及一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別系統及方法，屬于光學領域。

背景技術

高光譜成像是一種將成像與光譜測量相結合的技術，其通過探測目標的二維幾何空間信息和隨波長分布的一維光譜信息，獲取光譜連續、窄波段的圖像，即三維光譜數據立方體。與傳統成像技術相比，高光譜成像技術可以獲取到電磁波譜紫外、可見光、近紅外等波段內大量連續的光譜信息，可為每個像元提供幾十個到幾百個光譜寬度小于10nm的窄帶光譜數據，進而繪制出完整而連續的光譜曲線。因此，高光譜成像技術不僅可以利用所獲得的目標影像信息作為圖像識別的基礎，還可以利用豐富的光譜特征反映目標的內部結構及組成成分，發現用紋理、邊緣等空間特征無法或難以探測的目標。因此，高光譜成像技術在衛星遙測、公共預警、食品安全、生物醫學等眾多領域具有重要的應用價值。

根據成像方式的不同，高光譜成像技術可分為掃描式高光譜成像技術和快照式高光譜成像技術。其中掃描式高光譜成像技術通過點掃描、線掃描或凝視式掃描等方式，一次采集只能獲取完整三維數據立方體的一個一維或二維子集。因此，為了獲取目標完整的高光譜圖像，掃描式高光譜成像技術通常需要進行多次不同時間的掃描。當空間分辨率和光譜分辨率要求較高時，掃描式高光譜成像技術的成像速度相對較慢且需要大規模光譜數據傳輸。而快照式高光譜成像技術依據高光譜圖像數據的稀疏性，通過光路變換方法對高光譜圖像數據進行壓縮，并通過計算反演方法恢復高信噪比的高光譜圖像。因此，快照式高光譜成像技術可通過單次或少量二維測量獲取完整的三維高光譜圖像，極大地提高了高光譜圖像的采集效率。然而，快照式高光譜成像技術通常需要較高分辨率的探測器或較長耗時的高光譜圖像數據恢復過程等，不利于對目標實施實時的探測與識別。另外，無論是掃描式高光譜成像技術還是快照式高光譜成像技術，其最終獲得的高光譜圖像數據體量巨大，不僅給高光譜圖像數據后處理帶來巨大的運算量以及較高的處理復雜度，也導致高光譜圖像數據的傳輸和儲存系統的負荷量大幅增加。

為解決上述問題，我們提出了一種基于可編程濾光片的可編程高光譜成像及數據后處理方法，其中可編程濾光片指一種通過編程控制的可實現任意光譜透過率的新型濾光片技術。該方法通過調節可編程濾光片的光譜透過率對目標的高光譜圖像數據進行編碼濾波，進而將高光譜圖像數據后處理融入到高光譜圖像數據采集過程中，有效地避免了傳統高光譜成像技術中耗時的高光譜圖像數據采集及后處理過程，可實現采集數據對于待測目標的直接探測與識別。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明旨在提供一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別系統及方法，該方法通過將高光譜圖像數據后處理融入到高光譜圖像數據采集過程中，可極大地提高高光譜成像及高光譜圖像數據后處理的時間效率。

為了實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別系統，該系統包括可編程濾光片、面陣光電探測器7、數據采集卡8、計算機9以及成像光學元件。所述的可編程濾光片包括第一光柵3、第二光柵6、透鏡4和數字微鏡器件5，其中數字微鏡器件5設置于透鏡4上方的焦平面上，第一光柵3和第二光柵6并排設置于透鏡4下方的焦平面上，所述的物鏡2設置于第一光柵3的下方，樣品1放于物鏡2下方的載物臺上；所述的面陣光電探測器7設置于第二光柵6的下方；所述的數據采集卡8分別與數字微鏡器件5、面陣光電探測器7和計算機9相連。

一種基于可編程高光譜成像的目標探測識別方法，步驟如下：