[發(fā)明專利]光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法及光譜成像系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210656298.6
• 申請(qǐng)日: 2022-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114998174A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周倩;倪凱;陳妍如;郭許崇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): G06T5/50
• 分類號(hào): G06T5/50;G06T5/00;G06T7/62;G06T7/66;G06T3/40;G06T3/00;G01J3/28
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

1.一種光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采集衍射一級(jí)圖樣；

S2：在理論位置采集衍射其他級(jí)次圖樣，所述其他級(jí)次大于1且小于最大衍射級(jí)次；

S3：將所述衍射一級(jí)圖樣和所述衍射其他級(jí)次圖樣進(jìn)行圖像幾何處理，按照波長(zhǎng)計(jì)算每一個(gè)窄條紋的光譜張角，將整個(gè)圖樣進(jìn)行圖樣分割，將其處理為多個(gè)一維條形圖樣；

S4：圖樣定標(biāo)：計(jì)算中心波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的光譜張角以確定兩幅圖樣的中心位置，根據(jù)光譜張角對(duì)分割后的兩幅圖樣進(jìn)行大小比例縮放和對(duì)齊，以衍射一級(jí)圖樣為定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)衍射其他級(jí)次圖樣進(jìn)行大小比例縮放和對(duì)齊；

S5：基于光強(qiáng)進(jìn)行級(jí)次融合處理，對(duì)處理后的衍射其他級(jí)次圖樣和衍射一級(jí)圖樣進(jìn)行直接的能量疊加，從而提高圖樣數(shù)據(jù)的光強(qiáng)。

2.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟S1中，利用入射角、光柵常數(shù)參數(shù)，根據(jù)衍射理論推導(dǎo)確定成像圖樣位置后，利用面陣探測(cè)器采集衍射一級(jí)圖樣，采集衍射一級(jí)圖樣的具體步驟包括：

S1.1：利用幾何關(guān)系和消除消散原理對(duì)光譜成像系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo)；

S1.2：采用光線追跡仿真軟件對(duì)初始光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真和優(yōu)化；

S1.3：根據(jù)優(yōu)化后的元件參數(shù)，對(duì)光學(xué)元件和面陣探測(cè)器進(jìn)行選型；

S1.4：搭建光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)面陣探測(cè)器進(jìn)行白平衡校正、光譜校正，再分別利用單色激光、復(fù)色光、實(shí)物來(lái)測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證所述光學(xué)系統(tǒng)的分光性能和成像圖樣；

S1.5：利用面陣探測(cè)器觀察成像圖樣，根據(jù)探測(cè)結(jié)果對(duì)光路結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的角度和相對(duì)距離進(jìn)行微調(diào)。

3.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟S2中，利用入射角、光柵常數(shù)參數(shù)，根據(jù)衍射理論推導(dǎo)確定成像圖樣位置后，利用面陣探測(cè)器在理論位置采集衍射其他級(jí)次圖樣，采集衍射其他級(jí)次圖樣的具體步驟包括：

S2.1：利用幾何關(guān)系和消除消散原理對(duì)光譜成像系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)的初始參數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo)；

S2.2：采用光線追跡仿真軟件對(duì)初始光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真和優(yōu)化；

S2.3：根據(jù)優(yōu)化后的元件參數(shù)，對(duì)光學(xué)元件和面陣探測(cè)器進(jìn)行選型；

S2.4：搭建光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)面陣探測(cè)器進(jìn)行白平衡校正、光譜校正，再分別利用單色激光、復(fù)色光、實(shí)物來(lái)測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證所述光學(xué)系統(tǒng)的分光性能和成像圖樣；

S2.5：利用面陣探測(cè)器觀察成像圖樣，根據(jù)探測(cè)結(jié)果對(duì)光路結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件的角度和相對(duì)距離進(jìn)行微調(diào)。

4.如權(quán)利要求2或3所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，所述仿真和優(yōu)化具體包括：通過(guò)分析點(diǎn)列圖中彌散斑的尺寸和形狀，對(duì)光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行全局或局部?jī)?yōu)化，以圈入能量、均方根值、艾里斑半徑、場(chǎng)曲和畸變、調(diào)制傳遞函數(shù)指標(biāo)為參考，對(duì)光學(xué)像差和色散進(jìn)行校正，逐步優(yōu)化，使得圖樣數(shù)據(jù)能夠清晰地成像于面陣探測(cè)器。

5.如權(quán)利要求2或3所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，所述面陣探測(cè)器能夠獲取二維彩色圖像信息，其像元尺寸能夠滿足分別完整探測(cè)衍射一級(jí)圖樣和衍射其他級(jí)次圖樣的尺寸要求，其采集的彩色圖像HIS空間的I即對(duì)應(yīng)光強(qiáng)；所述對(duì)面陣探測(cè)器進(jìn)行白平衡校正、光譜校正具體包括：利用相機(jī)軟件的白平衡自動(dòng)校正功能矯正，以白色卡輔助矯正；利用相機(jī)軟件的RGB參數(shù)調(diào)節(jié)功能進(jìn)行光譜校正，以色卡輔助校正。

6.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟S1和步驟S2中，通過(guò)調(diào)整曝光時(shí)間來(lái)采集輪廓清晰的圖樣。

7.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟S3中的所述圖樣分割與步驟S4中的所述縮放和對(duì)齊均基于衍射原理。

8.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)的衍射圖樣數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟S5中，所述基于光強(qiáng)進(jìn)行級(jí)次融合處理具體包括：基于單縫衍射原理的能量分布原理推導(dǎo)出衍射一級(jí)圖樣和衍射其他級(jí)衍射圖樣的理論能量分布情況，根據(jù)非相干光的能量疊加來(lái)對(duì)圖樣進(jìn)行級(jí)次融合。