压缩光谱成像系统测量矩阵的获取方法

摘要

一种基于随机波前相位调制的压缩光谱成像系统测量矩阵的获取方法。通过本方法获取基于随机波前相位调制的压缩光谱成像系统的测量矩阵时，需要在系统的光路中加入宽带热光源、光谱滤波装置、针孔光阑以及放大成像透镜。本发明利用基于随机波前相位调制的压缩光谱成像系统的局域空间平移不变性，通过较少的测量次数获得该系统的测量矩阵；还通过将原始探测面上的散斑光强分布放大成像到探测面上的方法获得高对比度的散斑场，提高测量矩阵的信噪比。

主权项

一种压缩光谱成像系统测量矩阵的获取方法，特别是一种基于随机波前相位调制的压缩光谱成像系统的测量矩阵的获取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：基于随机波前相位调制的压缩感知光谱成像系统由前置成像物镜（2）、空间随机相位调制器（4）、光电探测器（6）以及计算机（7）构成，所述的前置成像物镜（2）将物面（1）成像于第一成像面（3）上；在物面（1）前，加入宽带热光源（8）；在宽带热光源（8）与物面（1）之间，加入光谱滤波装置（9），所述光谱滤波装置（9）将待测量的波段划分为L个连续谱段，分别为谱段1，谱段2，…，谱段L，其中L>1的正整数，在第一成像面（3）上放置针孔光阑（10），所述针孔光阑（10）透光口径为D，固定在一个电动平移台上，电动平移台通过数据线与计算机相连；在随机波前相位调制器（4）和光电探测器（6）之间加入放大成像透镜（12）；将第一成像面（3）划分为N×N个面元，N为大于1的自然数，面元的大小为D，与所述的针孔光阑（10）的透光口径相同，面元按顺序编号为：(1,1),(1,2)...(1,N);...;(N,1),(N,2)...(N,N)；将所述的光电探测器（6）上的n×m个像素按顺序编号为(1,1),(1,2)...(1,m);...;(n,1),(n,2)...(n,m)，光电探测器（6）测得的光强分布为S=S(x,y)，其中x=1,2...m;y=1,2...n；步骤2：令s=1；步骤3：调整光谱滤波装置（9）的状态，生成谱段s对应的窄带光；步骤4：选择距离Δ，使第一成像面（3）上水平及竖直间距为Δ的两个面元发出的光对应的光强分布S=S(x,y)、S′=S′(x,y)的归一化强度关联函数的最大值大于或等于0.5，通过下式计算归一化强度关联函数：$\mathrm{xcor}(x,y)=\frac{\underset{i=\frac{1}{4}m+1}{\overset{\frac{3}{4}m}{\Sigma }}\underset{j=\frac{1}{4}n+1}{\overset{\frac{3}{4}n}{\Sigma }}S(i+x,j+y)S^{\prime }(i,j)}{\sqrt{\underset{i=\frac{1}{4}m+1}{\overset{\frac{3}{4}m}{\Sigma }}\underset{j=\frac{1}{4}n+1}{\overset{\frac{3}{4}n}{\Sigma }}{S}^2(i+x,j+y)}\sqrt{\underset{i=\frac{1}{4}m+1}{\overset{\frac{3}{4}m}{\Sigma }}\underset{j=\frac{1}{4}n+1}{\overset{\frac{3}{4}n}{\Sigma }}{S}^{\prime 2}(i,j)}}$其中，$-\frac{1}{4}m\le x\le \frac{1}{4}m,-\frac{1}{4}n\le y\le \frac{1}{4}n;$步骤5：初始化i,j，使i=1,j=1步骤6：将针孔定位于面元i,j处，用光电探测器（6）记录探测面（5）上的光强分布S_i,j(x,y)；步骤7：若j+k≤N，保持i不变，使j=j+k，回到步骤6继续进行数据测量；若j+k>N，使j=1，进入步骤8；步骤8：若i+k≤N，使i=i+k，回到步骤6继续进行数据测量；若i+k>N，则进入步骤9；步骤9：对测得的数据进行处理，得到测量矩阵的第(s‑1)×N²+1列到第(s‑1)×N²+N²列；步骤10：若s+1≤L，令s=s+1，回到步骤3，继续获取测量矩阵的其他列。