[发明专利]基于高速可调多色LED光源的多光谱成像方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于高速可调多色LED光源的多光谱成像方法及装置，其中方法包括：配置对应于各光谱的强度调制频率；以预配置的强度调制频率对各光谱进行调制；发射经由调制后的多光谱于目标场景；对经由目标场景的出射光线进行空间编码调制；接收经由空间编码调制的光线，光电转换后得到电信号，并进行A/D转换；基于A/D转换后的电信号获得目标场景各谱段的光强响应信号，并通过重建算法实现光谱及图像信息的复原。与现有技术相比，本发明具有抗干扰能力强、体积小等优点。

技术领域

本发明涉及多光谱成像领域，尤其是涉及一种基于高速可调多色LED光源的多光谱成像方法及装置。

背景技术

光谱图像由二维空间数据集和一维光谱域的三维数据集组成，由于光谱成像可以同时获得空间和光谱信息，更多的信息量有助于对目标的检测，判断等工作。该技术已广泛应用于矿产勘测，遥感农业评估，文物修复，医疗光谱成像诊断，军事目标侦查探测等多个领域。

单像素成像是一种新兴的成像技术，其利用二维空间编码图样对探测目标进行空间光调制，能从单像素探测器得到的一维信号中重构出物体的空间信息。单像素成像为多光谱成像提供了一种新的技术途径，利用单像素探测器分别探测不同波段的光波，可以获取多光谱图像。目前已有的单像素多光谱成像技术大多都是利用色散元件或者滤波器来分离不同波长的光，然后使用阵列探测器分别记录。这些单像素多光谱成像技术都能获得图像的光谱信息，但都存在系统昂贵笨重，成像效率低和光谱范围有限的问题。

发明内容

为解决现有技术的存在的以上问题，本发明的目的之一在于提出一种基于高速可调多色LED光源的多光谱成像方法及装置。利用空间光调制器切换和探测器响应之间的速度差距，将目标场景的光谱信息编码到这一速度间隙。本发明将每个谱段的LED照明进行了不同频率的正弦强度调制，因此，不同的频谱带以频分多路复用的方式多路复用成探测器的一维密度测量序列，进行傅里叶分解后，可以分离出多光谱响应信号并抑制系统噪声，有效的恢复待测场景的三维光谱立方体信息，实现了低成本，高质量，波段可拓展的单像素多光谱成像。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高速可调多色LED光源的多光谱成像方法，包括：

配置对应于各光谱的强度调制频率；

以预配置的强度调制频率对各光谱进行调制；

发射经由调制后的多光谱于目标场景；

对经由目标场景的出射光线进行空间编码调制；

接收经由空间编码调制的光线，光电转换后得到电信号，并进行A/D转换；

基于A/D转换后的电信号获得目标场景各谱段的光强响应信号，并通过重建算法实现光谱及图像信息的复原。

各光谱的强度成正弦函数变化。

所述基于A/D转换后的电信号获得目标场景各谱段的光强响应信号，具体为：对A/D转换后的电信号进行傅里叶变换，在傅里叶变换域中分解多通道的光谱信息。

所述在傅里叶变换域中分解多通道的光谱信息，具体为：在傅里叶域中提取测量序列在相应的调制频率上的系数作为对应光谱的响应信号。

各光谱的强度调制频率互不相同。

一种基于高速可调多色LED光源的多光谱成像装置，包括：

信号发生器，被配置为用于发送指定频率、相位和幅度的光强频率信号；

沿光束方向依次设置的多色LED光源、发射透镜、场景、透镜、空间光调制器、接收透镜和单点探测器，所述空间光调制器被配置为对经由目标场景的出射光线进行空间编码调制；

A/D转换模块，被配置为将光电转换后得到电信号进行A/D转换；