【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱成像，具体涉及一种基于确定性滤光结构的光谱编码成像系统及重构方法。
技术介绍
1、基于确定性滤光的光谱成像系统通过在图像传感器表面集成滤光结构，可以对待测目标的光谱信号进行编码，形成含有光谱信息的二维压缩图像，随后通过解码重构出高光谱图像。
2、传统推扫光谱成像系统，时间分辨率低，不适应适时性的场景；基于fp腔线阵列扫描克服传统推荐的体积大等缺点，但是时间分辨率差；基于像素级阵列滤光阵列集成阵列探测器实现的快照光谱成像是未来的趋势，单因为阵列滤光普遍采用薄膜fp腔结构，通道编码的效率不超过5％，限制其应用；近几年发展的阵列超表面具备了单像素通道多光谱编码的能力，然而器件制备工艺复杂、一致性、稳定遭遇挑战，且能量利用率。
3、因此，本领域技术人员亟需开发一种制造简单且成本低、能量利用率高、空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率都高的光谱成像系统，对于未来光谱成像芯片在智慧农业，军事方面等应用的发展来说十分关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种能够对待测目标的光谱信号进行调制，形成含有光谱信息的二维压缩图像，进行解码之后重构出高光谱图像的光谱编码成像系统及重构方法。
2、为达到上述目的，本专利技术的系统包括沿着光传输方向依次设置的待测目标、用于将待测目标发出的物光成像的成像透镜、对待测目标进行编码获得编码测量值的确定性滤光结构和将编码测量值信息转换为灰度信号后通过光谱超分辨重构模块进行解码重构，构建出完整的高光谱三维数据
3、所述的确定性滤光结构由若干个矩阵排列的编码单元组成，各编码单元对应各自的图像探测器，各编码单元的透过率曲线通过以下方法获取；
4、步骤1.1、将电动单色仪输出单色光的中心波长调整至图像探测器的最小工作波长；
5、步骤1.2、单色光经过积分球、平行光管以平行光的方式入射至确定性滤光结构，经编码后的单色光在图像探测器表面形成灰度电信号，获得单色光的响应信号强度；
6、步骤1.3、以固定步长d调节电动单色仪输出单色光的中心波长，保持单色光入射强度的不变，重复步骤1.2，直至单色仪输出单色光的中心波长达到图像探测器的最大工作波长，获得该编码单元的图像探测器对入射单色光的响应信号强度变化曲线；
7、步骤1.4、改变电动单色仪的谱段光信号，重复步骤1.1至1.3，得到确定性滤光结构3各编码单元的透过率曲线。
8、所述确定性滤光结构编码单元的波长编码特性具备大于等于60％的高通量。
9、所述确定性滤光结构的各编码单元相邻像素对应的透过率曲线相关性介于0到0.5之间。
10、按照以上成像系统的光谱编码成像重构方法包括以下步骤：
11、步骤1、获得确定性滤光结构对不同谱段光信号的透过率曲线；
12、步骤2、划分若干个编码单元(n*n)，n介于2-100，根据步骤1获得的透过率曲线，构造测量矩阵φi(λ)；
13、步骤3、对确定性滤光结构每个编码单元中的n*n个不同通道接收到的待测目标光谱信息空间(x,y)处的光谱信息s(λ,x,y)进行编码，图像探测器将经调制的待测目标光谱信息s(λ,x,y)转换为灰度信号yi(x,y)，具有如下关系：
14、
15、λmin、λmax分别为光谱量程的下、上限，φi(λ)为第i个确定性滤光结构的光谱透过率曲线，i＝1,2,...,m，d(λ)为所述图像探测器的光谱响应曲线，这m个光强值就构成了原始光谱信号s(λ,x,y)的一组编码；
16、步骤4、根据所述待测目标光谱信息，对s(λ)进行稀疏表示，利用基于压缩感知的贪婪算法，得到最优化方程：
17、
18、其中，φi(λ)为编码单元的光谱透过率组成的测量矩阵，n行，n列；
19、d(λ)为所述图像探测器的光谱响应曲线离散化为n*1为后的矩阵；
20、ψ为稀疏基矩阵，α为稀疏系数，yi为图像探测器接收到所述其中一个编码单元电信号强度矩阵yi＝(y1，y2,…,yn)；
21、步骤5、根据算法求解稀疏系数，超分辨重构出一个编码单元的待测目标光谱s(λ,x,y)；
22、步骤6、重复步骤2-步骤5，对所有划分的编码单元依次求解待测目标光谱s(λ,x,y)，从而构建出完整的高光谱三维数据立方体，完成光谱的超分辨重构。
23、所述步骤2具体为：
24、步骤2.1、确定性滤光结构的每个编码单元周期性排列；
25、步骤2.2、根据步骤1获得的确定性滤光结构对不同谱段光信号的透过率曲线，将编码单元的各个通道的曲线数值依次作为测量矩阵每一行构造测量矩阵；
26、步骤2.3、重复步骤2.2依次获得所有确定性滤光结构各编码单元所对应的测量矩阵。
27、与现有技术相比，本专利技术具有的有益技术效果如下：
28、第一，该系统采用在图像探测器表面集成确定性滤光结构，包括多个编码单元，每个滤光单元具有不同的光谱透过率曲线，空间结构上是二维连续变化的。光谱特性上在像素特征尺寸上具备高光谱透过率的对比度。
29、第二，相比于传统需要根据曲线设计确定性滤光结构的方式，本专利技术采用电动单色仪，积分球，平行光管，图像探测器获取确定性滤光结构的像元级光谱透光率曲线，直接测量实际的光谱透光率曲线，结果更加准确，作为算法重构中的测量矩阵。事后通过精确测量每个像元的光谱特性，无需为不同应用设计专用滤光片，避免了像素级别的精确对准的难题。
30、第三，分辨率可精确调整特性，提高系统的适应性，该系统可以根据需求自主选择滤光单元的大小实现不同倍率的光谱超分辨，编码灵活度高。分辨率可精确调整特性，提高系统的适应性。
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1.一种光谱编码成像系统，其特征在于：包括沿着光传输方向依次设置的待测目标(1)、用于将待测目标(1)发出的物光成像的成像透镜(2)、对待测目标(1)进行编码获得编码测量值的确定性滤光结构(3)和将编码测量值信息转换为灰度信号后通过光谱超分辨重构模块进行解码重构，构建出完整的高光谱三维数据立方体的图像探测器(4)；
2.根据权利要求1所述的光谱编码成像系统，其特征在于：所述确定性滤光结构(3)编码单元的波长编码特性具备大于等于60％的高通量。
3.根据权利要求1所述的光谱编码成像系统，其特征在于：所述确定性滤光结构3的各编码单元相邻像素对应的透过率曲线相关性介于0到0.5之间。
4.一种如权利要求1至3中任意一项成像系统的光谱编码成像重构方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的光谱编码成像重构方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
【技术特征摘要】
1.一种光谱编码成像系统，其特征在于：包括沿着光传输方向依次设置的待测目标(1)、用于将待测目标(1)发出的物光成像的成像透镜(2)、对待测目标(1)进行编码获得编码测量值的确定性滤光结构(3)和将编码测量值信息转换为灰度信号后通过光谱超分辨重构模块进行解码重构，构建出完整的高光谱三维数据立方体的图像探测器(4)；
2.根据权利要求1所述的光谱编码成像系统，其特征在于：所述确定性滤...
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