本發(fā)明屬于光學領(lǐng)域，尤其涉及一種高階映射光譜成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

為了實現(xiàn)光譜成像技術(shù)向高空間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比方向發(fā)展，出現(xiàn)了很多不用傳統(tǒng)狹縫色散和濾波分光的光譜成像系統(tǒng)，如干涉型光譜成像技術(shù)，其特點是利用傅里葉變換，通過多通道采集和舍棄狹縫實現(xiàn)高光譜分辨率下的光能量保證，繼而保證高信噪比。干涉光譜成像技術(shù)的出現(xiàn)，使得越來越多的研究人員考慮利用數(shù)學變換，實現(xiàn)光譜成像，典型的有計算層析光譜成像技術(shù)、哈達碼變換光譜成像技術(shù)、壓縮編碼光譜成像技術(shù)。計算層析的優(yōu)點是光通量很高，缺點是探測器要求太高，計算速度要求太快，工程應用困難；哈達碼變換的優(yōu)點是多通道探測，光能利用率高，對弱光探測優(yōu)勢明顯；壓縮編碼的優(yōu)點是數(shù)據(jù)采樣量大幅減少、多通道探測，工程實現(xiàn)難度減低，不足是計算精度有待提高。

綜上所述，光譜成像技術(shù)正在由直接成像型向變換成像型發(fā)展，其特點是狹縫的取消帶來的光譜分辨率限制減小，濾波取消帶來的空間分辨率限制減少，同時，變換代替狹縫帶來的多通道優(yōu)勢使得能量限制減少，這幾個變化對提高分辨率并保證高信噪比非常重要。因此，變換型光譜成像技術(shù)已成為未來光譜技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

但是，隨著光譜成像技術(shù)向更高維成像、更高分辨率方向發(fā)展，上述現(xiàn)有變換型光譜成像技術(shù)會出現(xiàn)不足，如高空間分辨率下干涉型光譜成像技術(shù)工程實現(xiàn)復雜，且無法實現(xiàn)高維成像；高空間分辨率下壓縮編碼光譜成像技術(shù)因更精細的編碼，其稀疏重構(gòu)精度無法保證；哈達碼變換光譜成像技術(shù)還無法實現(xiàn)高維成像；而計算層析光譜成像技術(shù)本身對探測器要求太高，工程可行性較差。為此，需要研究新的高維成像并可以保證高分辨率和高信噪比的易工程應用的光譜成像方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高階映射光譜成像系統(tǒng)及方法，用以克服現(xiàn)有技術(shù)在高分辨率、高信噪比下工程實現(xiàn)困難、成像精度變差，無法實現(xiàn)高維成像的缺陷。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種高階映射光譜成像系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括沿光路依次設(shè)置的前置光學系統(tǒng)、高階映射編碼系統(tǒng)、聚焦成像系統(tǒng)、探測器組件、高階逆映射復原系統(tǒng)。

上述前置光學系統(tǒng)為離軸三反結(jié)構(gòu)或offner結(jié)構(gòu)。

上述高階映射編碼系統(tǒng)包括具有正交編碼特性的數(shù)字微鏡陣列或液晶光閥或光學掩膜板制成的映射調(diào)制器，所述高階映射編碼系統(tǒng)為上述單一調(diào)制器或多個任意調(diào)制器的串聯(lián)。

上述聚焦成像系統(tǒng)包括透鏡。

上述高階逆映射復原系統(tǒng)包括逆變換或逆算子或基于高階映射設(shè)計的逆映射算法。

本發(fā)明還提供一種高階映射光譜成像方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1)觀測目標的原始多維信息經(jīng)過成像處理，得到目標物像信息；

2)上述目標物像信息通過高階映射編碼調(diào)制，得到高階調(diào)制信息；

3)上述高階調(diào)制信息經(jīng)過聚焦二次成像和信息采集，得到目標觀測數(shù)據(jù)；

4)上述目標觀測數(shù)據(jù)進行高階逆映射復原處理，得到目標的復原多維信息。

上述步驟2)中高階映射編碼調(diào)制包括對空間、光譜甚至偏振、時間等多維信息的高維信息映射調(diào)制以及對空間、光譜甚至偏振、時間等多維信息進行高分辨率、高信噪比的高階映射成像與高階逆映射復原。

上述映射是單一的映射或多種映射的串聯(lián)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明基于高階映射，提出一種新型的高階映射光譜成像方法。不同于一般的變換，高階映射具有不同集合對應的特點和高維變換的特點，因而變換域更廣、變換維度更高。同時，由于取消了狹縫色散和濾波分光，其高分辨率有所保證，而且高階映射帶來的多通道優(yōu)勢能保證高信噪；特別是，高階映射可以實現(xiàn)多維信息的一致探測，其較先單維信息探測再組合的多維信息探測方式，其硬件要求降低。本發(fā)明的意義主要體現(xiàn)在：解決了高分辨率光譜成像的系統(tǒng)實現(xiàn)問題，解決了高信噪比光譜成像的能量不足問題，解決了高維光譜成像的技術(shù)手段問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高階映射光譜成像原理構(gòu)成圖。

具體實施方式

如圖1所示，前端的成像探測系統(tǒng)依次包括前置光學系統(tǒng)、高階映射編碼系統(tǒng)、聚焦成像系統(tǒng)及探測器組件，后端的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其定義為高階逆映射復原系統(tǒng)。以二維空間一維光譜構(gòu)成的三維光譜成像為例，目標原始信息經(jīng)過離軸三反結(jié)構(gòu)的前置光學系統(tǒng)成像處理，得到目標物像，然后，目標物像通過高階映射編碼系統(tǒng)調(diào)制得到高階調(diào)制信息；這里，對于二維空間一維光譜構(gòu)成的三維光譜成像來說，高階映射編碼系統(tǒng)為具有正交特性的編碼矩陣，實現(xiàn)方式為編碼的光學掩膜板制成的映射調(diào)制器；接著，調(diào)制信息經(jīng)過由單透鏡構(gòu)成的聚焦成像系統(tǒng)，在探測器組件焦平面實現(xiàn)二次成像，并由探測器采集電路完成目標成像數(shù)據(jù)的獲取，最后，基于成像數(shù)據(jù)，利用高階逆映射復原系統(tǒng)的高階數(shù)據(jù)復原軟件，即可得到目標三維信息，這里的高階逆映射為相應高階映射的逆變換或者逆算子，也可以是基于高階映射設(shè)計的逆映射算法。