全文摘要
本发明公开的一种简便的系统响应标定方法，用于编码孔径快照成像光谱系统，属于计算摄像学领域。针对现有技术中编码孔径快照成像光谱系统响应函数标定方法费时、费力、成本高的技术问题，本发明公开的一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，将响应函数的标定问题转化为线性方程组的求解问题，无需要引入额外的器件即能够较为精确地得到系统的响应函数，进而提高编码孔径快照成像光谱系统标定效率，节约标定成本。
主设计要求
1.一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤101：用不同波长的均匀单色光照射CASSI系统中的编码模板，得到并记录不同波长的均匀单色光在探测器上成的像M；CASSI系统为编码孔径快照成像光谱仪系统；CASSI系统由物镜、编码模板、中继镜、色散棱镜和灰度相机构成；目标场景为I(x-τ,y-γ,λ)，f(x,y)为探测器上成的像，公式(1)描述了CASSI系统的成像过程：其中，h(τ,γ,λ)表示系统对波长为λ的单色光的响应，m(x-τ,y-γ)表示编码模板，取值为0、1；对(1)式进行离散化，得到：其中，Ω代表探测器上(i,j)像素点对应的场景中的区域，其大小由响应函数决定；h(i,j,λ)为离散化的响应函数，描述场景中不同的点对探测器上一点响应强度的贡献；用不同波长的均匀单色光照射CASSI系统中的编码模板，则式(1)、式(2)中所述场景为均匀单色场景，场景I(x-τ,y-γ,λ)与探测器上的像f(x,y)由式(1)、式(2)联系；记录不同波长的均匀单色光照射下编码模板在探测器上成的像M；步骤102：选取像M上一点(i,j)，找到其在编码模板上对应的场景中的区域Ω，构造用于估计CASSI系统响应的线性方程如公式(3)所示，m11·h11+m12·h12+…+mkl·hkl＝Mij(3)所述线性方程左边为区域Ω内各点的亮度的加权求和，加权求和权重即为待求的离散化后的系统响应；方程右边为(i,j)点的亮度；步骤103：选取像M上点(i,j)相邻的点(i′,j′)，找到相邻的点(i′,j′)在编码模板上对应的区域Ω′，所述区域Ω′通过对Ω进行平移得到，平移量即为(i′-i,j′-j)；构造用于估计CASSI系统响应的线性方程如公式(4)所示，m′11·h11+m′12·h12+…+m′kl·hkl＝Mi′j′(4)所述线性方程左边为区域Ω′内各点的亮度的加权求和，加权求和权重即为待求的离散化后的系统响应；方程右边为(i′,j′)点的亮度；步骤104：重复步骤103，得到N个估计CASSI系统响应的线性方程；所述N个线性方程的矩阵表示形式为：AH＝Y(5)其中，A为0-1系数矩阵，H为待求的权重，Y为M上选取的各点的亮度；步骤105：用最小二乘法求解步骤104得到的N个估计CASSI系统响应的线性方程得到离散形式的CASSI系统响应H，即实现点(i,j)的CASSI系统响应函数标定；利用最小二乘法求解公式，得到H的最小二乘解为：H＝(ATA)-1ATY(6)H即为离散形式的CASSI系统响应，即实现单点CASSI系统响应函数标定。
设计方案
1.一种用于编码孔径快照成像光谱仪的系统响应标定方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤101：用不同波长的均匀单色光照射CASSI系统中的编码模板，得到并记录不同波长的均匀单色光在探测器上成的像M；CASSI系统为编码孔径快照成像光谱仪系统；
CASSI系统由物镜、编码模板、中继镜、色散棱镜和灰度相机构成；目标场景为I(x-τ,y-γ,λ)，f(x,y)为探测器上成的像，公式(1)描述了CASSI系统的成像过程：
设计说明书
技术领域
本发明涉及一种用于编码孔径快照成像光谱仪的、简便的系统响应标定方法，属于计算摄像学领域。
背景技术
光谱成像不同于传统的RGB成像或全色成像，其在更宽的光谱范围上对场景的光谱信号进行了更精细的采样，能够获取更为丰富的场景信息。光谱成像的这一特点使其在污水检测、植被研究、大气监测、医学诊断等领域相比传统成像技术具有得天独厚的优势，因此正在被越来越广泛地投入应用。
目前，光谱成像技术可以分为“完全采样”的传统光谱成像技术和“欠采样”的基于压缩感知的计算光谱成像技术。前者虽然能够以较高的精度获取空间-光谱信息，但是不可避免地要在空间、时间或者光谱维度上进行推扫。随着人们对获取动态场景的光谱信息的需求不断提升，传统的光谱成像技术显得越来越捉襟见肘。而基于压缩感知的计算光谱成像技术有望突破传统光谱成像技术中空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率不可兼得的困境，近年来已经受到越来越多的关注。
基于压缩感知的计算光谱成像技术通过对场景的空间信息和光谱信息进行调制，能够在单次曝光中获取全部的空间-光谱信息，后期利用特定的重构算法，就可以获得不同波段下场景的图像。与传统光谱成像技术相比，基于压缩感知的计算光谱成像技术能够胜任动态场景的观测。
Ashwin Wagadarikar等人设计的编码孔径快照成像光谱仪(Coded ApertureSnapshot Spectral Imager,CASSI)是最常用的计算光谱成像装置之一。在此基础上还衍生出了CASSI+RGB相机、CASSI+全色相机等变体。CASSI系统的核心部件包括一块编码板和一块色散棱镜。编码板对场景信息在空间维度上进行编码，色散棱镜把不同波长的光谱信号调制到不同的空间位置。精确地描述系统对空间-光谱信号的调制过程对后期的重构至关重要。
由于直接标定CASSI系统响应函数存在的困难，目前的工作大多假设系统响应为理想脉冲响应，仅仅考虑位置调制而忽略强度调制。这种不精确的描述在相当大的程度上损害了重构的精度。Henry Arguello等人试图用DMD(Digital Mirror Device)替代编码模板来对系统响应进行标定(详见Henry Arguello,Hoover Rueda,Yuehao Wu,DennisW.Prather,and Gonzalo R.Arce,\
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910020847.9
申请日:2019-01-09
公开号:CN109405970A
公开日:2019-03-01
国家:CN
国家/省市:11(北京)
授权编号:CN109405970B
授权时间:20191122
主分类号:G01J 3/28
专利分类号:G01J3/28
范畴分类:31C;
申请人:北京理工大学
第一申请人:北京理工大学
申请人地址:100081 北京市海淀区中关村南大街5号
发明人:王立志;宋凌飞;黄华
第一发明人:王立志
当前权利人:北京理工大学
代理人:邬晓楠
代理机构:11639
代理机构编号:北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙) 11639
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计