[发明专利]一种基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法

权利要求书

1.一种基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，利用高光谱偏振信号产生模块为高光谱偏振成像提供所需的高光谱偏振信号；

S2，利用偏振编码模块对所述高光谱偏振信号进行偏振编码，使得所述高光谱偏振信号的斯托克斯矢量在偏振域实现压缩；

所述高光谱偏振信号依次经过第一相位延迟片、第二相位延迟片和第一偏振片，使所述高光谱偏振信号的斯托克斯矢量分别被不同的系数编码并进行压缩；

由所述第一相位延迟片、第二相位延迟片、第一偏振片所组成的穆勒矩阵为:

其中，表示第一相位延迟片的穆勒矩阵；

第二相位延迟片的穆勒矩阵；

表示第一偏振片的穆勒矩阵；

所述高光谱偏振信号经偏振编码后变为：

其中，φ₁表示第一相位延迟片的延迟量，φ₂表示第二相位延迟片的延迟量；σ为波数，定义为波长λ的倒数；S₀、S₁、S₂、S₃为斯托克矢量的四个分量；

S3，利用光谱编码模块对偏振编码后的高光谱偏振信号进行光谱编码，从光谱维度压缩数据量；

S4，利用图像采集重构模块对光谱编码后的高光谱偏振信号进行采集、分析处理并重构出高光谱偏振图像。

2.根据权利要求1所述的基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，上述步骤S1中，利用多色光照射目标物，所述目标物反射的光线经准直透镜后成为平行的准直光束，该准直光束即为所需的高光谱偏振信号；

所述的准直光束在像素(x，y)处的斯托克斯光矢量具有宽带光谱：S_in(σ)＝[S₀(σ)，S₁(σ)，S₂(σ)，S₃(σ)]

其中，σ为波数，定义为波长λ的倒数。

3.根据权利要求1所述的基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，上述步骤S3中，经偏振编码后的高光谱偏振信号依次经过液晶可变相位延迟器LCVR和第二偏振片，通过改变液晶可变相位延迟器LCVR两端的电压控制液晶可变相位延迟器LCVR对不同波数的透过率，以对偏振编码后的高光谱偏振信号进行光谱编码。

4.根据权利要求3所述的基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，上述步骤S3中，在0-25V范围内选择不同的电压控制液晶可变相位延迟器LCVR完成光谱编码，该过程用穆勒矩阵表示：

其中，分别为液晶可变相位延迟器LCVR、第二偏振片的穆勒矩阵；φ₃表示液晶可变相位延迟器LCVR的延迟量；

A₀＝-1+cosφ₃(σ，V)；

A₁＝-cosφ₂(σ)+cosφ₃(σ，V)cosφ₂(σ)；

A₂＝-sinφ₂(σ)sinφ₁(σ)+cosφ₃(σ，V)sinφ₂(φ)sinφ₁(σ)；

A₃＝sinφ₂(σ)cosφ₁(σ)-cosφ₃(σ，V)sinφ₂(σ)cosφ₁(σ)；

偏振编码后的高光谱偏振信号经光谱编码后变为：

5.根据权利要求4所述的基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，上述步骤S4中，所述光谱编码模块中的液晶可变相位延迟器LCVR的电压变化和相机的采集通过计算机进行同步控制，所述相机将采集到的编码后高光谱偏振信号数据发送至计算机，所述计算机对收到的数据进行相应的分析处理，并利用L1-magic算法对收到的数据进行重构得到高光谱偏振图像。

6.根据权利要求5所述的基于LCVR的压缩感知高光谱偏振成像方法，其特征在于，上述步骤S4中，所述相机检测到的光强度值，即偏振编码后的高光谱偏振信号经光谱编码后输出的S_out的第一个参数S_0，out被捕获：

图像数据压缩采集的过程可表示为：

Y_m×1＝Φ_m×4nX_4n×1

其中，X为系统的输入，Y为系统的输出，m为电压变换的次数，4n为输入的斯托克斯矢量，

为系统在不同电压下对入射光不同波数的偏振和光谱编码，也就是系统的传感矩阵；

a_m，n＝-1+cosφ₃(σ_n，V_m)

b_m，n＝-cosφ₂(σ_n)+cosφ₃(σ_n，V_m)cosφ₂(σ_n)

c_m，n＝-sinφ₂(σ_n)sinφ₁(σ_n)+cosφ₃(σ_n，V_m)sinφ₂(σ_n)sinφ₁(σ_n)

d_m，n＝sinφ₂(σ_n)cosφ₁(σ_n)-cosφ₃(σ_n，V_m)sinφ₂(σ_n)cosφ₁(σ_n)；

重构时选择勒让德多项式及其系数来表示斯托克斯矢量，勒让德多项式的基Ψ为：

其中x_i在[-1，1]之间均匀采样，i＝1，...，N；是勒让德多项式；

输入的斯托克斯矢量用勒让德多项式基和系数表示，即：

其中，是指系统的输入斯托克斯偏振光谱X在以勒让德多项式基为变换基得到的稀疏表示；

系统的输出可重新表示为:

求解基系数的问题就是求解勒让德多项式基和基系数的乘积便是高光谱偏振图像。