[发明专利]基于DMD和互补全通的计算光谱成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于DMD和互补全通的计算光谱成像系统，其实现的步骤是：1.设计编码模板；2.使用DMD编码器编码得到条纹部分和非条纹部分；3.获取条纹部分分光后的黑白图像；4.获取非条纹部分的彩色图像；5.构建互补全通光谱数据立方体；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。本发明解决了光谱成像系统中成像模块的物面因为对准误差而与设计物面偏离的问题，使得本发明具有减少系统像差，光谱图像观测信息全通，可实时获取全场景的光谱信息的优点。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，更进一步涉及计算光谱成像技术领域中的一种基于数字微镜器件DMD(Digital Micromirror Devices)和互补全通的计算光谱成像系统及方法。本发明主要用于实时获取观测目标的空间信息和光谱信息，并利用两种信息重建观测目标的三维光谱数据立方体。

背景技术

光谱成像技术是一种可以展现事物更多丰富信息的“图谱合一”的成像技术，充分利用了物质对不同电磁波的辐射和吸收特性，在传统的空间维信息的基础上增添了一维的光谱信息，可以同时获取到目标的空间信息和光谱信息，称为三维光谱数据立方体，数据立方体可以提供每一个波段的光谱图像数据，也可以为每一个像元提供连续的光谱曲线，为物质的分析提供有力的手段。计算光谱成像技术在传统色散型光谱成像技术的基础上，通过在光路中引入适当的编码模板完成目标数据立方体的调制和压缩，然后采用计算处理的方式对探测器获取的二维混叠图像进行三维图谱信息重构，实现了景物空间信息与光谱信息的快照式成像，弥补了传统光谱成像技术光通量低，逐行扫描成像时间长等缺点，极大降低了原始数据量，减轻了数据存储和传输压力。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在其申请的专利文献“基于DMD的多目标成像光谱系统及方法”(申请号：201910918873.3，申请公布号：CN110567581A，申请日：2019年09月26日)中公开了一种利用数字微镜器件作为编码工具对场景进行两路同时观测的光谱成像系统及方法。该专利公开的系统包括DMD、与DMD连接的控制器、成像通道及光谱通道，控制器用于控制DMD的所有微镜单元进行翻转，成像通道用于对DMD投射过来的图像信息进行获取，光谱通道用于对DMD投射过来的光谱信息进行获取。系统工作时，首先控制器控制DMD全部微镜翻转至成像通道并使用成像通道进行获取，然后控制DMD翻转第一部分微镜投射至光谱通道，由光谱通道获取第一部分的光谱信息，最后控制DMD翻转第二部分微镜投射至光谱通道，由光谱通道获取第二部分的光谱信息。该系统存在两点不足之处：其一，由于成像通道和光谱通道中的探测器和偏转后的DMD存在一定的角度偏差，由此带来严重的像差问题，影响两路通道中成像的效果；其二，由于DMD每次只对部分目标进行编码，因此无法实时获取全场景的光谱信息。该专利公开的方法包括使用成像通道获取第一部分及第二部分目标点，其中第二部分包含的目标点的数量为一个，第一部分包含的目标点的数量大于第二部分包含的目标点的数量，然后使用光谱通道分别获取第一部分和第二部分的目标点，最后将第一部分及第二部分的光谱信息融合形成目标光谱信息。该方法存在的不足之处是：由于成像通道和光谱通道所获取的目标点数量过少，在重构光谱图时无法得到对应的全场景图像。