[发明专利]压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统及方法

权利要求书

1.一种压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，其特征在于：包括可调单色光源、积分球、标准图像传感器、图像采集系统、三维精密调整台以及调整台控制器；

可调单色光源出口对准积分球的光源入口；积分球出射的光垂直入射到待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪，并充满待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的孔径角；

标准图像传感器设置在待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的后焦面上，用于替代待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器；标准图像传感器的像元尺寸为待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器像元尺寸的1/2或1/3；

标准图像传感器与图像采集系统连接；标准图像传感器安放在三维精密调整台上；三维精密调整台在调整台控制器的控制下进行上下、左右、旋转三个维度上的移动。

2.根据权利要求1所述的压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，其特征在于：

可调单色光源的光谱范围覆盖待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作谱段，且以小于待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪光谱分辨率1/10的波长间隔连续设置输出的单色光。

3.根据权利要求2所述的压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，其特征在于：

压缩感知编码超分辨光谱成像仪包括前置光学系统、编码模板、光谱成像系统以及图像传感器；其中，编码模板的安装位置在前置光学系统一次像面上，图像传感器的安装位置在光谱成像系统的二次像面处；编码模板四个角的位置上分别设置“十字线”标识符。

4.基于权利要求3所述的压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统的定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)拆除待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的本体自带的图像传感器；

2)开启可调单色光源，使单色光进入积分球光源入口，同时使单色光从积分球出口进入待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪视场；

3)调节单色光源，使其输出的波长值为λ₀；λ₀是待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围的起始波长；

4)将标准图像传感器固定在三维精密调整台上，将三维精密调整台连同上面安放的标准图像传感器放置在待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪后焦面位置，沿着光轴方向前后微调，使编码模板上的十字线标识符清晰成像；

5)调节三维精密调整台，使编码模板上每个十字线标识符分别对齐标准图像传感器四个边角处的相应位置的像元；

6)采集存储标准图像传感器输出的二维图像；

7)调节单色光源，使其输出波长值为λ_i；

其中，λ_i＝λ₀+iδλ,(i＝1,2,...n)；

δλ小于压缩感知编码超分辨率光谱成像仪光谱分辨率的1/5；

8)持续步骤7)的调节，直至单色光源输出波长λ_i等于λ_n；

λ_n是压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围的截止波长；

9)通过步骤8)的持续采集，获得了n+1个二维图像组成的图像序列，每个二维图像即就是编码模板在其对应波长下的单色图像；所述单色图像的灰度值用表示；

其中，x为标准图像传感器行方向像元序号，行方向为色散方向；

y为标准图像传感器列方向像元序号，与色散方向垂直的方向为列方向；

10)采用标准灰度质心法依次计算第1幅到第n+1幅图像中十字线标示符交点在标准图像传感器行方向的相对质心位置，从而得到每幅图像对应的波长和十字线标识符质心位置的对应关系；采用多项式拟合的方式获得拟合误差最小的曲线函数，其表达式如下：

λ_i＝a₀+a₁x+...+a_kx^k

其中，a_k代表多项式k次项系数；

11)拆除标准图像传感器，更换为压缩感知编码超分辨光谱成像仪的图像传感器，调整单色光谱，使依次输出N个典型波长单色光；

N个典型波长的选取原则是在起始波长和截止波长范围内等间隔选取；其中，5≥N≥3

采集N个典型波长单色光的图像，采用标准灰度质心法分别计算每个波长对应的像元位置，得出像元位置相对于标准图像探测器的偏移量Δ，从而给出利用偏移量校正后的新公式，完成定标；

λ_i＝a₀+a₁x′+...+a_kx′^k

其中，x′为压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带图像传感器的像元序号，x′＝x+Δ。