[发明专利]基于DMD和互补全通的计算光谱成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于DMD和互补全通的计算光谱成像系统，包括成像模块，DMD编码器，谱间成像模块，空间成像模块和联合控制处理模块，其特征在于，所述成像模块中的光学镜头为光瞳位于无穷远的物方远心镜头，滤光片为可见光滤光片，其中，可见光滤光片置于物方远心镜头的后方；所述联合控制处理模块同时与DMD编码器、谱间成像模块和空间成像模块相连；其中，

所述DMD编码器，用于将编码模板输入到DMD编码器得到编码图像，DMD编码器根据联合控制处理模块的控制指令，控制编码图像的已知信息中与DMD编码器对应的微镜单元向正12°方向偏转得到条纹部分，控制编码图像的未知信息中与DMD编码器对应的微镜单元向负12°方向偏转得到非条纹部分；

所述谱间成像模块，用于对偏转后的条纹部分进行分光，其中，谱间成像模块中的阿米西棱镜对偏转后的条纹部分进行分光得到分光后条纹，黑白探测器拍摄分光后的图像，得到分光图像；

所述空间成像模块，用于获取非条纹部分的彩色图像，利用空间成像模块中的彩色探测器拍摄偏转后非条纹部分的图像，得到具有三个通道的一幅彩色图像；

所述联合控制处理模块，用于连接所述DMD编码器、所述谱间成像模块和所述空间成像模块，利用双边滤波算法，计算更新未知信息部分的每个像素值。

2.根据权利要求1所述计算光谱成像系统的一种基于DMD和互补全通的计算光谱成像方法，其特征在于，创建相互平行斜条纹的编码模板保证色散后的条纹不会产生混叠，创建互补全通光谱数据立方体，利用双边滤波算法计算更新未知信息部分的每个像素值；该方法的步骤包括如下：

(1)设计编码模板：

创建一个包含相互平行斜条纹、大小为M×N的编码模板，M表示编码模板的长度，其取值与数字微镜阵列DMD编码器的长度相等，N表示编码模板的宽度，其取值与数字微镜阵列DMD编码器的宽度相等，条纹间距G大于阿米西棱镜色散宽度，其中，编码模板上的斜条纹为已知信息，斜条纹之间的空白部分均为未知信息；

(2)使用DMD编码器编码：

将编码模板输入到DMD编码器得到编码图像，DMD编码器根据联合控制处理模块的控制指令，控制编码图像的已知信息中与DMD编码器对应的微镜单元向正12°方向偏转得到条纹部分，控制编码图像的未知信息中与DMD编码器对应的微镜单元向负12°方向偏转得到非条纹部分；

(3)分光条纹部分：

谱间成像模块中的阿米西棱镜对偏转后的条纹部分进行分光得到分光后条纹，黑白探测器拍摄分光后的图像，得到分光图像；

(4)获取非条纹部分的彩色图像：

利用空间成像模块中的彩色探测器拍摄偏转后非条纹部分的图像，得到具有三个通道的一幅彩色图像；

(5)构建互补全通光谱数据立方体：

(5a)创建一个D×L×W大小的立方体，其中，D表示立方体的深度，其取值与条纹间距G相等，L表示立方体的长度，其取值与编码模板的长度M相等，W表示立方体的宽度，其取值与编码模板的宽度N相等；

(5b)将分光图像中条纹部分的像素值赋值到立方体的一个面中，将分光后条纹的像素值均分到互补全通光谱数据立方体中剩余的面上，得到立方体中每个面的已知信息部分；

(5c)将彩色图像中非条纹部分的像素值分别赋值到立方体中的与条纹部分对应的每个面上，得到立方体中每个面的未知信息部分，立方体每个面得到由已知信息部分和未知信息部分互补的完整信息；

(6)利用双边滤波算法，计算更新未知信息部分的每个像素值；

(7)更新互补全通光谱数据立方体：

将计算更新未知信息部分的每个像素值赋值到互补全通光谱数据立方体中每个面中对应的未知信息的像素。

3.根据权利要求2所述基于DMD和互补全通的计算光谱成像方法，其特征在于，步骤(6)中所述双边滤波算法如下：

其中，m_ij表示光谱数据立方体中第i个面上第j个像素的值，表示对彩色图像中的R、G、B红绿蓝三个通道进行求和，c表示通道序号，∑_k∈Ω表示对条纹部分的像素点Ω进行求和，k表示条纹部分像素点的序号，Φ_σr表示均值为零方差为σr的高斯算子，σr的取值为0.05，Φ_σs表示均值为零方差为σs的高斯算子，σs的取值为10，表示第j个像素点与第k个像素点在颜色空间上的欧氏距离，即第j个像素点与第k个像素点像素值的欧氏距离，表示第j个像素点与第k个像素点在图像空间上的欧氏距离，即第j个像素点与第k个像素点坐标位置的欧氏距离，表示第k个条纹部分的像素点在c通道上的像素值。