[发明专利]单像素光谱成像系统及成像方法

说明书

一种单像素光谱成像系统及成像方法，该单像素光谱成像系统包括：一种单像素光谱成像系统，包括：干涉仪，适用于使外部输入的白光发生干涉得到干涉白光；样品架，样品架上放置有待测样品，干涉白光透过待测样品，得到携带有待测样品光谱信息的干涉光；空间光调制器，根据测量矩阵的至少一个模板得到至少一种翻转状态，以在每种翻转状态的作用下对干涉光进行振幅调制，得到调制干涉光；单点探测器，适用于对每个模板对应的调制干涉光的强度进行探测；计算机，根据探测得到的每个模板对应的调制干涉光的强度，得到每个模板对应的光谱，以及根据所有模板对应的光谱以及测量矩阵得到待测样品的图像，模板的数量小于待测样品图像的像素点的个数。

技术领域

本发明涉及光谱成像领域，特别涉及单像素光谱成像系统及成像方法。

背景技术

光谱成像技术结合了光谱技术和成像技术，能记录每个像素点在多个谱段的强度数据。该技术能够将成像辐射的波段划分为更加狭窄的多个波段，同时进行成像，从而获得同一待测物的多个光谱波段的图像，即同时获得物体的二维空间信息和一维光谱信息，进而得到样品的材料信息和化学组成。因此，光谱成像技术不仅极大地推进了物质检测和分类技术地发展，同时在空气环境检测、水体资源控制、生物医药、生物无损检测、生物荧光检测等领域均有广泛应用。

目前的光谱成像仪普遍采用扫描成像的方式。根据扫描方式不同，光谱成像技术可分为摆扫式、推扫式和凝视式三类。摆扫式光谱成像技术利用摆扫设备，在垂直于光谱仪行进的方向进行扫描，实现二维空间信息的获取。但是，扫描的过程使得采集数据所需的时间较长，且摆扫设备对系统稳定性的要求较高。推扫式光谱成像技术没有摆扫设备，直接将视场中的一维空间图像经色散后成像在面阵探测器上，从而实现一维空间成像和一维光谱成像。推扫式光谱成像技术具有稳定性高的特点，但是其视场受探测器大小的限制。凝视式光谱成像技术有别于前两种技术，采用滤波器获得单一光谱维度的二维空间图像并通过面阵探测器采集图像，因而能量利用率较低。且分辨率受滤波器限制。此外，运用扫描方式进行光谱成像普遍需要运动部件，提高了系统的不稳定性，并且需要价格昂贵的面阵探测器进行数据采集。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了单像素光谱成像系统及成像方法。

本发明的第一个方面提供了一种单像素光谱成像系统，包括：

干涉仪，适用于使外部输入的白光发生干涉得到干涉白光；

样品架，上述样品架上放置有待测样品，上述干涉白光透过上述待测样品，得到携带有上述待测样品光谱信息的干涉光；

空间光调制器，根据测量矩阵的至少一个模板得到至少一种翻转状态，以在每种翻转状态的作用下对上述干涉光进行振幅调制，得到调制干涉光；

单点探测器，适用于对每个模板对应的调制干涉光的强度进行探测；

计算机，根据探测得到的每个模板对应的调制干涉光的强度，得到每个模板对应的光谱，以及根据所有模板对应的光谱以及上述测量矩阵得到上述待测样品的图像，上述模板的数量小于上述待测样品图像的像素点的个数。

根据本发明的实施例，上述单像素光谱成像系统，还包括：

外设部件互连总线采集卡，适用于控制上述干涉仪的启动、适用于控制上述模板的播放以及适用于发出采样模拟信号以对上述单点探测器探测到的每个模板对应的调制干涉光的强度进行等光程差采样，并将采样结果发送至上述计算机。

根据本发明的实施例，上述干涉仪还适用于使外部输入的激光发生干涉得到干涉激光；

上述单像素光谱成像系统还包括：

激光探测器，适用于对上述干涉激光的强度进行探测；