[發(fā)明專利]一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置及其探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010746979.2
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN112113661B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 穆廷魁
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G06N3/04;G06N3/08;G06N5/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，包括：沿入射光向依次設(shè)置的偏振干涉濾光陣列(12)、透鏡陣列(13)、探測器(14)和數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)；

所述偏振干涉濾光陣列(12)包括：沿入射光向依次設(shè)置的線起偏器(121)、延遲器陣列(122)和線分析器(123)；其中，所述延遲器陣列(122)中的每個子延遲器的厚度不同，快軸方向均相同；所述線起偏器(121)與所述線分析器(123)的透振方向相同，并與所述延遲器陣列(122)的快軸方向成45°夾角；

所述探測器(14)的感光面位于透鏡陣列(13)的后焦面上；

所述探測器(14)與所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)相連接；所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)用于控制探測器(14)快照一幀攜帶偏振干涉編碼的子圖像陣列；

其中，所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)包括：物理層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(151)和重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)；

所述物理層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(151)以延遲器陣列(122)中子延遲器的個數(shù)和厚度為變量，用于模擬深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置獲取子圖像陣列的功能；

所述重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)以網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏置參數(shù)作為變量，用于重構(gòu)高光譜圖像立方體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，還包括：擋光孔陣列；

所述擋光孔陣列設(shè)置于所述透鏡陣列(13)與所述探測器(14)之間，用于限制視場范圍，防止相鄰子圖像重疊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，還包括：準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)(11)；

所述準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)(11)包括：沿入射光向依次設(shè)置的物鏡(111)、視場光闌(112)和準(zhǔn)直鏡(113)；其中，所述視場光闌(112)置于所述物鏡(111)的像面上，所述物鏡(111)的像面與所述準(zhǔn)直鏡(113)的前焦面重合；

所述準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)(11)位于偏振干涉濾光陣列(12)前方，用于限制視場范圍，防止相鄰子圖像重疊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)同時訓(xùn)練優(yōu)化物理層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(151)和重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)；

訓(xùn)練時，分別以最少化延遲器陣列(122)中子延遲器的個數(shù)為目標(biāo)和以重構(gòu)出高質(zhì)量的光譜圖像立方體為目標(biāo)；

訓(xùn)練出符合預(yù)設(shè)要求的光譜圖像立方體時，確定延遲器陣列(122)中子延遲器的最優(yōu)個數(shù)和厚度，同時獲得重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏置參數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)利用重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)及其優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏置參數(shù)，從攜帶偏振干涉編碼的優(yōu)化子圖像陣列中推理獲得光譜圖像立方體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的一種深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置，其特征在于，所述探測器(14)為面陣探測器。

7.一種權(quán)利要求1所述的深度學(xué)習(xí)型快照式光譜成像裝置的探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

平行光入射到偏振干涉濾光陣列(12)，經(jīng)過延遲器陣列(122)中各子延遲器的調(diào)制后，再通過透鏡陣列(13)中各個子透鏡分別進行會聚，聚焦于探測器(14)的感光面上成像，數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)控制探測器(14)快照一幀攜帶偏振干涉編碼的子圖像陣列。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的探測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)同時訓(xùn)練優(yōu)化物理層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(151)和重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)；

訓(xùn)練時，分別以最少化延遲器陣列(122)中子延遲器的個數(shù)為目標(biāo)和以重構(gòu)出高質(zhì)量的光譜圖像立方體為目標(biāo)；

訓(xùn)練出符合預(yù)設(shè)要求的光譜圖像立方體時，確定延遲器陣列(122)中子延遲器的最優(yōu)個數(shù)和厚度，同時獲得重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏置參數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的探測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理顯示系統(tǒng)(15)利用重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(152)及其優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和偏置參數(shù)，從攜帶偏振干涉編碼的優(yōu)化子圖像陣列中推理獲得光譜圖像立方體。