[發明專利]基于可調諧的光譜重構方法

在審

• 申請號: 202110541249.3
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113188658A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張劉;張家坤;王文華;宋洪震;孫凱鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01V8/10
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明公開了一種基于可調諧的光譜重構方法，該光譜重構方法為了減少數據量，采用10條膜系進行光譜重構；具體重構過程如下：設計膜系的透過率曲線，并進行加工，復測與擬合；選用適合實驗的探測器型號；對單色光源進行標定獲得標準光譜曲線，波長范圍為400?900nm；獲取10條膜系的灰度圖像，并進行光譜重構。本發明提供的光譜重構方法所得光譜重構精度ARE為0.0523，對比國內外研究結果，在使用膜系數量較少的前提下，重構精度達到了同一量級，實現了數據降維，易于工程化。

技術領域

本發明屬于高光譜技術領域，尤其涉及一種基于可調諧的光譜重構方法。

背景技術

近十年以來，高光譜技術被廣泛運用于各種航天器中，在對地觀測，深空探測等領域起著巨大作用。現階段，光譜儀的研制方向越來越傾向于小型化、輕量化與智能化，這就造成光譜信息數據量較之前大大減小，這對光譜重構造成了一定的困難。

光譜重構工作原理很早就被有關學者提出，其原理圖如圖1所示。

當目標光譜通過光學系統后，透過在探測器前端的膜系后，由探測器可得到各個膜系的灰度值。這種關系可用數學表達式A*X＝B描述，其中A代表膜系透過率函數H(λ)與探測器量子效率R(λ)的乘積，X(λ)為探測目標的光譜信息，B為經不同膜系調制后的光強，即灰度值。

所以光譜重構問題本質上是一個如何精確解算出X值的數學問題。當沒有任何誤差時，光譜信息X值可以用簡單的求逆來進行解算。但由于在實際工程中，存在許多誤差。最典型的誤差有三種：A的誤差，即膜系的加工誤差與探測器的量子效率誤差。雜散光引起的誤差、實驗光源誤差。這些誤差使得A*X＝B是一個病態方程，無法準確的計算出目標的光譜信息，針對這一系列問題，國內外學者對于X的求解提出了許多方法，比如奇異值分解法、偽逆法等。

近些年來，國內外研究人員的工作大多圍繞人工智能展開，提出了字典學習，嶺回歸等算法。但這些算法都有一定的局限性，最突出的是數據量較大，所用的膜系大都在200條左右，無法滿足航天遙感光譜儀小型化的需求。因此，在光譜重構過程中減少數據量與提高數據的準確性成為光譜重構領域工作的重點。

發明內容

本發明為了減少數據量，采用10條膜系進行光譜重構。重構過程如下：

1、設計膜系的透過率曲線，并進行加工，復測與擬合；

2、選用適合實驗的探測器型號；

3、對單色光源進行標定獲得標準光譜曲線，波長范圍為400-900nm；

4、獲取10條膜系的灰度圖像，并進行光譜重構。

具體的，本發明是通過以下技術方案來實現的：

提供一種基于可調諧的光譜重構方法，包括以下步驟：

步驟1：用傅里葉擬合設計好的透過率曲線，得出10條膜系的關于波長的透過率函數H(λ)；

步驟2：選用適合實驗的可見光探測器型號，擬合所述可見光探測器的量子效率曲線，得出關于波長的量子效率函數R(λ)；

步驟3：在400-900nm范圍內由H(λ)×R(λ)＝A(λ)，得出膜系透過率函數A(λ)；

步驟4：求出10條膜系灰度圖像的灰度值B，B為10x1的矩陣；

步驟5：將A(λ)在400-900nm波長范圍內整體進行積分，求出10個整體均值mean_i

將A(λ)在400-900nm范圍內根據波長均分10份，得出10x10矩陣A；

步驟6：在解算光譜信息時，采用凸優化的方式來求解，并建立數量較少且有效的約束，得出10個X值；