[發明專利]一種基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法

有效

• 申請號: 202110403811.6
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113138467B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 任文藝;徐志龍;孟建雯;趙曼;楊婷;張銳;王元元;解迎革
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02F1/13;G01J3/28;G01J3/02;G06T9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，利用高光譜偏振信號產生模塊為高光譜偏振成像提供所需的高光譜偏振信號；

S2，利用偏振編碼模塊對所述高光譜偏振信號進行偏振編碼，使得所述高光譜偏振信號的斯托克斯矢量在偏振域實現壓縮；

所述高光譜偏振信號依次經過第一相位延遲片、第二相位延遲片和第一偏振片，使所述高光譜偏振信號的斯托克斯矢量分別被不同的系數編碼并進行壓縮；

由所述第一相位延遲片、第二相位延遲片、第一偏振片所組成的穆勒矩陣為:

其中，表示第一相位延遲片的穆勒矩陣；

第二相位延遲片的穆勒矩陣；

表示第一偏振片的穆勒矩陣；

所述高光譜偏振信號經偏振編碼后變為：

其中，φ₁表示第一相位延遲片的延遲量，φ₂表示第二相位延遲片的延遲量；σ為波數，定義為波長λ的倒數；S₀、S₁、S₂、S₃為斯托克矢量的四個分量；

S3，利用光譜編碼模塊對偏振編碼后的高光譜偏振信號進行光譜編碼，從光譜維度壓縮數據量；

S4，利用圖像采集重構模塊對光譜編碼后的高光譜偏振信號進行采集、分析處理并重構出高光譜偏振圖像。

2.根據權利要求1所述的基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，上述步驟S1中，利用多色光照射目標物，所述目標物反射的光線經準直透鏡后成為平行的準直光束，該準直光束即為所需的高光譜偏振信號；

所述的準直光束在像素(x，y)處的斯托克斯光矢量具有寬帶光譜：S_in(σ)＝[S₀(σ)，S₁(σ)，S₂(σ)，S₃(σ)]

其中，σ為波數，定義為波長λ的倒數。

3.根據權利要求1所述的基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，上述步驟S3中，經偏振編碼后的高光譜偏振信號依次經過液晶可變相位延遲器LCVR和第二偏振片，通過改變液晶可變相位延遲器LCVR兩端的電壓控制液晶可變相位延遲器LCVR對不同波數的透過率，以對偏振編碼后的高光譜偏振信號進行光譜編碼。

4.根據權利要求3所述的基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，上述步驟S3中，在0-25V范圍內選擇不同的電壓控制液晶可變相位延遲器LCVR完成光譜編碼，該過程用穆勒矩陣表示：

其中，分別為液晶可變相位延遲器LCVR、第二偏振片的穆勒矩陣；φ₃表示液晶可變相位延遲器LCVR的延遲量；

A₀＝-1+cosφ₃(σ，V)；

A₁＝-cosφ₂(σ)+cosφ₃(σ，V)cosφ₂(σ)；

A₂＝-sinφ₂(σ)sinφ₁(σ)+cosφ₃(σ，V)sinφ₂(φ)sinφ₁(σ)；

A₃＝sinφ₂(σ)cosφ₁(σ)-cosφ₃(σ，V)sinφ₂(σ)cosφ₁(σ)；

偏振編碼后的高光譜偏振信號經光譜編碼后變為：

5.根據權利要求4所述的基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，上述步驟S4中，所述光譜編碼模塊中的液晶可變相位延遲器LCVR的電壓變化和相機的采集通過計算機進行同步控制，所述相機將采集到的編碼后高光譜偏振信號數據發送至計算機，所述計算機對收到的數據進行相應的分析處理，并利用L1-magic算法對收到的數據進行重構得到高光譜偏振圖像。

6.根據權利要求5所述的基于LCVR的壓縮感知高光譜偏振成像方法，其特征在于，上述步驟S4中，所述相機檢測到的光強度值，即偏振編碼后的高光譜偏振信號經光譜編碼后輸出的S_out的第一個參數S_0，out被捕獲：

圖像數據壓縮采集的過程可表示為：

Y_m×1＝Φ_m×4nX_4n×1

其中，X為系統的輸入，Y為系統的輸出，m為電壓變換的次數，4n為輸入的斯托克斯矢量，

為系統在不同電壓下對入射光不同波數的偏振和光譜編碼，也就是系統的傳感矩陣；

a_m，n＝-1+cosφ₃(σ_n，V_m)

b_m，n＝-cosφ₂(σ_n)+cosφ₃(σ_n，V_m)cosφ₂(σ_n)

c_m，n＝-sinφ₂(σ_n)sinφ₁(σ_n)+cosφ₃(σ_n，V_m)sinφ₂(σ_n)sinφ₁(σ_n)

d_m，n＝sinφ₂(σ_n)cosφ₁(σ_n)-cosφ₃(σ_n，V_m)sinφ₂(σ_n)cosφ₁(σ_n)；

重構時選擇勒讓德多項式及其系數來表示斯托克斯矢量，勒讓德多項式的基Ψ為：

其中x_i在[-1，1]之間均勻采樣，i＝1，...，N；是勒讓德多項式；

輸入的斯托克斯矢量用勒讓德多項式基和系數表示，即：

其中，是指系統的輸入斯托克斯偏振光譜X在以勒讓德多項式基為變換基得到的稀疏表示；

系統的輸出可重新表示為:

求解基系數的問題就是求解勒讓德多項式基和基系數的乘積便是高光譜偏振圖像。