快照式多光谱成像系统及其制作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种快照式多光谱成像系统及其制作方法，涉及图像处理技术领域，包括：提供一传感器，传感器包括多个阵列排布的像素；在传感器的一侧制作光谱滤光阵列，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，滤光片单元中的每个滤光片对应一个光谱响应曲线，滤光片根据优化的光谱响应曲线制作。本发明专利技术相比现有的快照式多光谱成像系统具有更高的光谱分辨率，并且能够生成更多的光谱段的图像。并且能够生成更多的光谱段的图像。并且能够生成更多的光谱段的图像。

【技术实现步骤摘要】
快照式多光谱成像系统及其制作方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种快照式多光谱成像系统及其制作方法。

技术介绍

[0002]多光谱图像比起传统RGB彩色图像具有更多的光谱波段，拥有更多的光谱信息，被广泛用于遥感图像处理，医学图像分析，食品质量检测，真伪目标检测等方面。
[0003]现有的多光谱成像技术主要为空间扫描、光谱扫描以及快照式光谱成像。其中，空间扫描和光谱扫描通过牺牲时间分辨率以换取光谱分辨率，可以获得较多光谱段信息，但成像速度慢且无法动态获取视场内光谱信息，在成像过程中若场景发生变化就会影响生成的图像；快照式光谱相机通过多光谱阵列(MSFA)对空间内的光谱信息进行采样，并记录在传感器上，通过对像素进行重排列生成多光谱图像，但是目前的快照式光谱相机主要存在以下两个问题：1、空间分辨率和光谱分辨率相互制约，光谱分辨率增加，空间分辨率减小；2、生成的多光谱图像的光谱段数目与MSFA中采用的窄带滤光片数目一致(一般不超过25个)，如此，限制了生成的多光谱图像的光谱分辨率。
[0004]因此，继续改善现有技术中存在的缺陷，提高多光谱图像的光谱分辨率。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种快照式多光谱成像系统及其制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种快照式多光谱成像系统的制作方法，包括：
[0007]提供一传感器，传感器包括多个阵列排布的像素；
[0008]在传感器的一侧制作光谱滤光阵列，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，滤光片单元中的每个滤光片对应一个光谱响应曲线，滤光片根据优化的光谱响应曲线制作。
[0009]第二方面，本申请还提供一种快照式多光谱成像系统，包括：
[0010]传感器，传感器包括多个阵列排布的像素；
[0011]光谱滤光阵列，位于传感器的一侧，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，滤光片单元中的每个滤光片对应一个光谱响应曲线，滤光片根据优化的光谱响应曲线制作。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术提供的一种快照式多光谱成像系统及其制作方法，包括传感器和光谱滤光阵列，传感器包括多个阵列排布的像素，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，
每个滤光片对应一个光谱响应曲线，不同颜色的滤光片对应各自的光谱响应曲线；本专利技术中的滤光片根据优化的光谱响应曲线制作，使得获取的多光谱图像不受多光谱阵列中滤光片数量的限制，相比现有的快照式多光谱成像系统具有更高的光谱分辨率，并且能够生成更多的光谱段的图像。
[0014]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例提供的快照式多光谱成像系统的制作方法的一种流程图；
[0016]图2是本专利技术实施例提供的快照式多光谱成像系统的一种结构示意图；
[0017]图3是本专利技术实施例提供的滤光片单元的一种结构示意图；
[0018]图4是本专利技术实施例提供的光谱响应曲线的一种结构示意图；
[0019]图5是本专利技术实施例提供的滤光片的一种结构示意图；
[0020]图6是本专利技术实施例提供的空谱重建网络的一种结构示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0022]现有技术中，Mosaic采用马赛克式像元镀膜的专利技术，实现了单镜头，快照式多光谱成像方案，且该项技术首次在InGaAs感光传感器上实现商用，快照式多光谱相机的工作范围也拓展到了1.65μm；该项技术是通过将640*480像素分辨率的InGaAs传感器，按照3*3或4*4小阵列模式周期性的镀一层Fabry
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Perot微型干涉滤光片阵列，每个独立的小阵列内部各个像元对应的微型滤光片透过的波长在1.1μm～1.7μm之间变化，在数据输出时，通过将小阵列内部相同波长的像素提取出来并重新排布，即可分割得到9通道或16通道的光谱影像立方体；采用以上方法，一方面，光谱波段数增加会导致图像分辨率减小；另一方面，由于采用窄带滤光片滤光导致生成的多光谱图像的波段数受滤光片数目限制，宽带滤光片可以对全光谱进行采样，配合重建算法可以用更少的滤光片重建出更多的波段。
[0023]总体而言，现有技术中，存在以下缺陷，1、现有的快照式光谱成像系统只单纯将传感器上像素提取并进行重新排布，所生成的多光谱图像立方体中每一波段的图像的空间分辨率为传感器大小除以波段数，其空间分辨率较小；2、现有的快照式光谱成像系统生成的多光谱图像的波段数受MSFA中滤光片限制，导致生成的多光谱图像的光谱段较少(一般不会超过25)；3、现有的快照式光谱成像系统采用的MSFA中使用的滤光片为窄带光谱滤光片，采样过程会损失大量光谱信息，对图像重建后效果较差。
[0024]有鉴于此，本专利技术提供一种快照式多光谱成像系统的制作方法，基于深度神经网络算法构建快照式多光谱成像系统，主要对光谱滤光阵列包括的滤光片进行重建，能够使生成的多光谱图像的光谱分辨率不受MSFA中光谱滤波片个数的限制，可以通过较少滤光片重建出较多光谱段，且生成空间分辨率较高的多光谱图像。
[0025]请参见图1～图4所示，图1是本专利技术实施例提供的快照式多光谱成像系统的制作方法的一种流程图，图2是本专利技术实施例提供的快照式多光谱成像系统的一种结构示意图，图3是本专利技术实施例提供的滤光片单元的一种结构示意图，图4是本专利技术实施例提供的光谱
响应曲线的一种结构示意图，本专利技术所提供的一种快照式多光谱成像系统的制作方法，包括：
[0026]提供一传感器，传感器包括多个阵列排布的像素；
[0027]在传感器的一侧制作光谱滤光阵列，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与所述像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，滤光片单元中每个滤光片对应一个光谱响应曲线，滤光片根据优化的光谱响应曲线制作。
[0028]具体而言，请继续参见图1～图4所示，本专利技术提供的一种快照式多光谱成像系统的制作方法，包括传感器和光谱滤光阵列，传感器包括多个阵列排布的像素，光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，滤光片与像素一一对应，滤光片为随机宽带滤光片，每个滤光片对应一个光谱响应曲线，可选地，滤光片单元包括9个滤光片，每个滤光片对应一个光谱响应曲线，也可以理解为，不同颜色的滤光片对应各自的光谱响应曲线；本实施例中的滤光片根据优化的光谱响应曲线制作，使得获取的多光谱图像不受多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快照式多光谱成像系统的制作方法，其特征在于，包括：提供一传感器，所述传感器包括多个阵列排布的像素；在所述传感器的一侧制作光谱滤光阵列，所述光谱滤光阵列包括多个阵列排布的滤光片单元，所述滤光片单元包括多个阵列排布的滤光片，所述滤光片与所述像素一一对应，所述滤光片为随机宽带滤光片，所述滤光片单元中的每个所述滤光片对应一个光谱响应曲线，所述滤光片根据优化的光谱响应曲线制作。2.根据权利要求1所述的快照式多光谱成像系统的制作方法，其特征在于，所述滤光片包括：二氧化硅层；铝膜层，位于所述二氧化硅层的一侧，所述铝膜层包括多个阵列排布的方形纳米孔，所述方形纳米孔沿垂直于所述滤光片的方向贯穿所述铝膜层；其中，所述方形纳米孔根据优化的所述光谱响应曲线形成；硅层，位于所述铝膜层背离所述二氧化硅层的一侧，所述硅层填充在所述方形纳米孔内，并覆盖所述铝膜层。3.根据权利要求1所述的快照式多光谱成像系统的制作方法，其特征在于，所述优化的光谱响应曲线获取过程包括：获取目标对象的原始光谱图像，生成所述滤光片单元包括的所述滤光片对应的初始光谱响应函数；根据所述目标对象的原始光谱图像和所述初始光谱响应函数，使用光谱响应网络，生成多光谱Raw图像；根据所述多光谱Raw图像，使用空谱重建网络，生成重建光谱图像；使用Adam算法对所述重建光谱图像进行优化，得到所述滤光片单元包括的所述滤光片对应的卷集核的参数值；根据所述滤光片对应的卷集核的参数值，得到优化的所述光谱响应函数，并构建优化的光谱响应曲线。4.根据权利要求3所述的快照式多光谱成像系统的制作方法，其特征在于，所述滤光片根据优化的所述光谱响应曲线形成包括：根据优化的所述光谱响应曲线，对所述滤光片包括的铝膜层进行纳米压印光刻，在所述铝膜层上形成阵列排布的方形纳米孔。5.根据权利要求3所述的快照式多光谱成像系统的制作方法，其特征在于，所述根据所述目标对象的原始光谱图像和所述初始光谱响应函数，使用光谱响应网络，生成多光谱Raw图像包括：将所述初始光谱响应函数作为1*1的卷积核，与所述目标对象的原始光谱图像进行卷积，生成所述滤光片对应的光谱编码混叠采样图像；同一所述滤光片单元中，所述滤光片自身像素位置设置为1，其余像素位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大化，石劢，刘丹华，牛毅，石光明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：