[发明专利]基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统及方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，包括：望远镜单元、成像透镜（4）、第一扩束准直透镜（5-1）、第一数字微反射镜（6-1）、照相机（7）、凹面准直反射镜（8）、分光光栅（9）、第一会聚透镜（10-1）、第二数字微反射镜（6-2）、第二会聚透镜（10-2）、合光光栅（11）、第三会聚透镜（10-3）、点探测器（12）、Hadamard逆变换模块（13）、压缩计算关联模块（14）；其中，

经由多目标对象的光经望远镜单元入射后通过成像透镜（4）成像，然后经第一扩束准直透镜（5-1）将多目标对象的图像映射到所述第一数字微反射镜（6-1）上，所述第一数字微反射镜（6-1）首先将光全部反射到低分辨率的照相机（7）上，得到一个粗略的像，从而大体知道多目标对象在图像中所处的位置，然后将第一数字微反射镜（6-1）上多目标对象在图像中所处位置以外的区域全部置0，仅在对目标对象在图像中所处位置的区域设置随机散斑，通过该随机散斑对映射到第一数字微反射镜（6-1）上的光束进行调制，调制后的光束经过凹面准直反射镜（8）重新准直成平行光，该平行光覆盖分光光栅（9）的整个栅平面，所得到的分光光束在通过所述第一会聚透镜（10-1）后在所述第二数字微反射镜（6-2）上展成一条光谱线，所述第二数字微反射镜（6-2）对该光谱线实施Hadamard编码变换，编码后的光谱图像再通过第二会聚透镜（10-2）入射到合光光栅（11）的光滑面，根据光路可逆原理还原成平行光，由后续第三会聚透镜（10-3）会聚收集；所述点探测器（12）对第三会聚透镜（10-3）会聚收集的光束完成光强探测工作，所得到的探测信号经Hadamard逆变换模块（13）恢复出光谱线；上述过程对应所述第一数字微反射镜（6-1）的一次微镜翻转，重复多次翻转，得到多个光谱线后，最后由所述压缩计算关联模块（14）恢复出光谱线上各波长所对应的二维平面图像。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，还包括光源单元，所述光源单元包括主动光源（15）、第二扩束准直透镜（5-2）和第二反射镜（3-2）；所述光源单元发出的光经多目标对象的表面反射后向所述望远镜单元传输。

3.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述主动光源（15）采用紫外、可见、近红外和红外波段的连续谱光源或脉冲光源实现。

4.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述望远镜单元在结构上是反射式、折射式、折反式望远镜中任意一种；在类型是伽利略望远镜、开普勒望远镜、牛顿望远镜、卡塞格林望远镜中的任意一种；所述望远镜单元所适用的光谱范围包括紫外、可见、近红外和红外波段。

5.根据权利要求4所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述望远镜单元为反射式望远镜，其包括凹面反射镜（1）、凸面反射镜（2）和第一反射镜（3-1）。

6.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述第二数字微反射镜（6-2）对分光后的光谱线实施Hadamard编码变换时，所述Hadamard编码采用N阶循环S矩阵逐次对分光光谱图像添加N幅编码模板，探测N个总光强值，阶数越高光谱角分辨率越高；其中，若S矩阵为二次余数结构，阶数N＝4i+3,i＝0,1,2,...，若S矩阵为最大长度移位寄存器序列结构，阶数N＝2ⁱ-1,i＝1,2,3,...，若S矩阵为双素数结构，阶数N＝z(z+2)，z和z+2均为素数。

7.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述分光光栅（9）与合光光栅（11）采用包括反射光栅、透射光栅、闪耀光栅、全息光栅、棱镜分光在内的光谱分光器件中的任意一种实现。

8.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知和Hadamard变换的成像光谱系统，其特征在于，所述照相机（7）采用紫外、可见、近红外和红外波段的面阵光电探测器、单像素照相机中的任意一种实现。