[发明专利]一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪及其成像光谱重建方法

权利要求书

1.一种并行压缩感知计算层析成像光谱仪，包括：光学单元(I)和电学单元(II)；其特征在于，

所述光学单元(I)包括：视场成像组件(1)、第一空间光调制器(2-1)、第二空间光调制器(2-2)、会聚收光部件(3)、色散组件(4)和色散投影成像透镜(5)；

所述电学单元(II)包括：光电阵列探测器(6)、数据包存储器(7)、光源组件(8)、第一随机数发生器(9-1)、第二随机数发生器(9-2)、第一信号同步控制模块(10-1)、第二信号同步控制模块(10-2)、系统标定矩阵处理模块(11)、高分辨色散投影压缩感知模块(12)和计算层析成像光谱重建模块(13)；其中，

所述第一信号同步控制模块(10-1)，用于控制协调所述第一随机数发生器(9-1)、第一空间光调制器(2-1)、光电阵列探测器(6)和数据包存储器(7)同步工作；

所述第二信号同步控制模块(10-2)，用于控制协调所述第二随机数发生器(9-2)、第二空间光调制器(2-2)、光电阵列探测器(6)和数据包存储器(7)同步工作；

所述光源组件(8)，用于在标定过程中逐个输出单波长的标定光源，还用于在探测目标过程中输出成像光源；

所述视场成像组件(1)，用于在标定过程中收集标定光信号，并将其成像到所述第一空间光调制器(2-1)选定的成像区域；还用于在探测目标过程中收集由探测目标透射、反射或辐射出的光信号，并将其成像到所述第一空间光调制器(2-1)选定的成像区域；

所述第一随机数发生器部件(9-1)，用于在标定过程中产生第一空间光调制器(2-1)的成像区域范围内标定点位置向量，还用于将所述标定点位置向量发送至所述数据包存储器(7)进行储存；

所述第一空间光调制器(2-1)，用于在标定过程中，基于所述标定点位置向量逐个打开成像区域范围内的对应单元，对标定光信号进行逐点调制，并将不同位置的光反射到所述会聚收光部件(3)；还用于在探测目标过程中全部打开成像区域范围内的单元，对探测目标光信号进行调制，并全反射至所述会聚收光部件(3)；

所述会聚收光部件(3)，用于在标定过程中将收集的调制后的标定光信号进行准直和再聚焦处理，并二次成像到所述色散组件(4)；还用于在探测目标过程中将收集的调制后探测目标成像光信号进行经准直和再聚焦处理，并二次成像到所述色散组件(4)；

所述色散组件(4)，用于在标定过程中对标定二次成像光信号进行色散分光处理，以形成标定色散投影光信号，并聚焦成像到所述第二空间光调制器(2-2)；还用于在探测目标过程中，对探测目标二次成像光信号进行色散分光处理，以形成探测目标色散投影光信号，并聚焦成像到所述第二空间光调制器(2-2)；

所述第二随机数发生器部件(9-2)，用于在标定过程中和探测目标过程中产生并行分块编码调制向量；还用于将并行分块编码调制向量发送至所述数据包存储器(7)进行储存；其中，所述并行分块编码调制向量在所述数据包存储器(7)中组织成并行压缩感知测量矩阵；

所述第二空间光调制器(2-2)，用于在标定过程中，基于并行分块编码调制向量，对标定色散投影光信号进行分块并行编码调制，并将分块并行编码调制后的标定色散投影光信号反射到所述色散投影成像透镜(5)；还用于在探测过程中，基于并行分块编码调制向量，对所述探测目标色散投影光信号进行分块并行编码调制，并将分块并行编码调制后的探测目标色散投影光信号反射到所述色散投影成像透镜(5)；

所述色散投影成像透镜(5)，用于在标定过程中，将分块并行编码调制后的标定色散投影光信号聚焦到所述电学单元(II)；还用于在探测目标过程中，将探测目标色散投影光信号聚焦到所述电学单元(II)；

所述光电阵列探测器(6)，用于在标定过程中，将收集的分块并行编码调制后的标定色散投影光信号转化为电信号后，输出标定色散投影图像到所述数据包存储器(7)；还用于在探测目标过程中，将收集的探测目标色散投影光信号转化为电信号后，输出探测目标色散投影图像到所述数据包存储器(7)；

所述高分辨色散投影压缩感知模块(12)，用于在标定过程中，利用所述数据包存储器(7)中存储的标定色散投影图像和并行压缩感知测量矩阵，进行压缩感知重建，以生成高分辨标定色散投影图像；还用于在探测目标过程中，利用所述数据包存储器(7)中存储的探测目标色散投影图像和并行压缩感知测量矩阵，进行压缩感知重建，以生成高分辨探测目标色散投影图像；

所述系统标定矩阵处理模块(11)，用于在标定过程中，通过所述数据包存储器(7)储存的标定点位置向量和高分辨标定色散投影图像，构建高分辨系统标定矩阵；

所述计算层析成像光谱重建模块(13)，用于在探测目标过程中利用所述高分辨系统标定矩阵和所述高分辨探测目标色散投影图像进行光谱重建，以得到计算层析成像光谱。