[發明專利]一種基于微透鏡陣列的多光譜成像系統及圖像重建方法

在審

• 申請號: 202010738422.4
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111854956A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 吳衡;馬建文;羅劭娟;陳梅云;趙艮平;程良倫;王濤
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G06T7/33;G06T7/174
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 楊小紅

1.一種基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，包括：計算模塊、面陣CCD探測器、微透鏡陣列與線性漸變濾光片；

所述面陣CCD探測器、所述微透鏡陣列與所述線性漸變濾光片依次沿光路設置，以使得入射光線依次通過所述線性漸變濾光片、所述微透鏡陣列直至所述面陣CCD探測器；

其中，所述面陣CCD探測器的靶面中心設于所述微透鏡陣列的焦點處，所述線性漸變濾光片在相對于所述微透鏡陣列的預設距離d處設置，并按照順時針旋轉所述線性漸變濾光片，以使得所述線性漸變濾光片相對于所述微透鏡陣列傾斜設置，所述線性漸變濾光片與所述所述微透鏡陣列的尺寸一致；

所述計算模塊與所述面陣CCD探測器連接，用于基于預存的最大后驗估計圖像重建算法對所述面陣CCD探測器拍攝的被測目標物的圖像進行重建。

2.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，所述微透鏡陣列包括共面的多個微透鏡，多個所述微透鏡均勻分布，所述微透鏡為球面透鏡。

3.根據權利要求2所述的基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，所述微透鏡的折射率n為1.52mm，所述微透鏡的直徑D為2.3mm，相鄰的所述微透鏡之間的間距l為0.0625mm。

4.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，所述微透鏡陣列的焦距f為6mm。

5.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，所述線性漸變濾光片在相對于所述微透鏡陣列的預設距離d為0.5mm處設置。

6.根據權利要求1所述的基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，所述線性漸變濾光片相對于所述微透鏡陣列的水平夾角為7.125°。

7.一種圖像重建方法，基于權利要求1-6中任一項所述的一種基于微透鏡陣列的多光譜成像系統，其特征在于，包括以下步驟：

S1：通過被測目標物的出射光線入射至線性漸變濾光片，并通過所述線性漸變濾光片將所述出射光線分割成不同波段的光線；

S2：不同波段的光線傾斜入射至微透鏡陣列的各個微透鏡中，所述微透鏡陣列為m×n陣列，之后，各個所述微透鏡入射的光線在面陣CCD探測器的靶面上成像并形成m×n個被測目標物的圖像；

S3：通過計算模塊基于預存的最大后驗估計圖像重建算法對所述面陣CCD探測器獲取的被測目標物的圖像進行重建。

8.根據權利要求7所述的圖像重建方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

S301：將所述面陣CCD探測器獲取的m×n個被測目標物的圖像進行分割成相應的子圖像，每個子圖像記為S_i，可得到m×n個子圖像。由此可以得到子圖像序列S，記為

S＝[S₁,S₂,...,S_i,...,S_m*n]；

S302：選取所述子圖像序列S的最中間位置的任一所述子圖像設為目標圖像S_f，并將其它的所述子圖像與所述目標圖像進行配準，得到配準后的新的子圖像序列Q為Q＝[Q₁,Q₂,...,Q_i,Q_f,...,Q_m*n]，其中，Q_i為所述子圖像序列S中的第i個配準后的子圖像S_i，Q_f為目標圖像S_f；

S303：通過子圖像序列Q，建立數學模型為，

將上式化簡得到Z＝HX+N，其中,Z＝Q^T,Z是重建后的子圖像，H是圖像變換矩陣，X是待重建圖像，N是噪聲向量；

S304：通過最優化X與Z之間的條件概率密度函數來獲取目標圖像，具體條件概率密度函數為

其中，M^-1與E為自相關矩陣，T是矩陣的轉置；

對上式進行迭代計算，可以得到即獲得所述待測目標物的重建圖像。