(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110736539 A(43)申请公布日 2020.01.31
(21)申请号 201910841873.8(22)申请日 2019.09.06
(71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究
所
地址 710119 陕西省西安市高新区新型工
业园信息大道17号(72)发明人 严强强 胡炳樑 王爽 魏儒义
魏文鹏 刘文龙 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限
公司 61211
代理人 董娜(51)Int.Cl.
G01J 3/28(2006.01)G01J 3/02(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图1页
CN 110736539 A(54)发明名称
一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统(57)摘要
本发明提供一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，解决现有成像系统数据传输成本增加、信噪比较低，以及系统体积大、成本高、成像质量差的问题。该系统包括沿光束方向依次设的第一成像镜、分光单元、第一编码模板、合光单元、第二编码模板、成像镜组、单元探测器及数据处理单元；第一成像镜用于将目标成像；分光单元包括第一准直镜、第一色散元件、第二成像镜；第一编码模板用于对第二成像镜成像后的图像信息进行光谱维编码；合光单元包括第二准直镜、第二色散元件、第三成像镜；第二编码模板用于对第三成像镜成像后的图像信息进行空间微编码；成像镜组用于将编码后的图像压缩至单元探测器焦平面上，数据处理单元用于对目标信息复原。
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权 利 要 求 书
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1.一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：包括沿光束方向依次设置的第一成像镜(1)、分光单元(2)、第一编码模板(3)、合光单元(4)、第二编码模板(5)、成像镜组(6)、单元探测器(7)及数据处理单元；
所述第一成像镜(1)用于将目标成像于一次像面位置；
所述分光单元(2)包括沿第一成像镜(1)出射光路方向依次设置的第一准直镜(21)、第一色散元件(22)、第二成像镜(23)；
所述第一编码模板(3)用于对第二成像镜(23)成像后的不同视场光谱图像信息进行光谱维编码；
所述合光单元(4)包括沿第一编码模板(3)出射光路方向依次设置的第二准直镜(41)、第二色散元件(42)、第三成像镜(43)；其中，第二色散元件(42)用于将第一色散元件(22)色散的光束进行合束；
所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)的结构相同，且沿第一编码模板(3)对称分布；
所述第二编码模板(5)用于对第三成像镜(43)成像后的空间图像信息进行空间微编码；
所述成像镜组(6)用于将编码后的图像压缩至单元探测器(7)焦平面上；所述单元探测器(7)用于对编码压缩后的信息进行接收并采集；所述数据处理单元用于对单元探测器(7)获取的信息进行反演，实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。
2.根据权利要求1所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述成像镜组(6)包括沿光束方向依次设置的两个相互垂直的柱面镜，分别为第一柱面镜和第二柱面镜，第一柱面镜镜将编码后的图像压缩成一条线，第二柱面镜将线压缩成点信息；
或者成像镜组(6)包括一个或者多个透镜。
3.根据权利要求1所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)的口径相等、焦距相等。
4.根据权利要求1所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)均为棱镜或光栅。
5.根据权利要求1至4任一所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一编码模板(3)和第二编码模板(5)均包括移动式机械模板和固定编码模板；
所述固定编码模板包括数字微镜阵列和液晶空间光调制器；
所述第一编码模板(3)和第二编码模板(5)的编码体制为哈达玛编码或者傅里叶变换编码或者随机编码。
6.一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：包括沿光束方向依次设置的第一成像镜(1)、第二编码模板(5)、分光单元(2)、第一编码模板(3)、合光单元(4)、成像镜组(6)、单元探测器(7)及数据处理单元；
所述第一成像镜(1)用于将目标成像于一次像面位置；
所述第二编码模板(5)用于对第一成像镜(1)成像后的空间图像信息进行空间微编码；所述分光单元(2)包括沿第二编码模板(5)出射光路方向依次设置的第一准直镜(21)、第一色散元件(22)、第二成像镜(23)；
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所述第一编码模板(3)用于对第二成像镜(23)成像后的不同视场光谱图像信息进行光谱维编码；
所述合光单元(4)包括沿第一编码模板(3)出射光路方向依次设置的第二准直镜(41)、第二色散元件(42)、第三成像镜(43)；其中，第二色散元件(42)用于将第一色散元件(22)色散的光束进行合束；
所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)的结构相同，且沿第一编码模板(3)对称分布；
所述成像镜组(6)用于将第三成像镜(43)成像后的图像压缩至单元探测器(7)焦平面上；
所述单元探测器(7)用于对压缩后的信息进行接收并采集；
所述数据处理单元用于对单元探测器(7)获取的信息进行反演，实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。
7.根据权利要求6所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述成像镜组(6)包括沿光束方向依次设置的两个相互垂直的柱面镜，分别为第一柱面镜和第二柱面镜，第一柱面镜镜将成像后的图像压缩成一条线，第二柱面镜将线压缩成点信息；
或者成像镜组(6)包括一个或者多个透镜。
8.根据权利要求6所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)均为棱镜或光栅。
9.根据权利要求6所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一色散元件(22)和第二色散元件(42)的口径相等、焦距相等。
10.根据权利要求6至9任一所述基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特征在于：所述第一编码模板(3)和第二编码模板(5)均包括移动式机械模板和固定编码模板；所述固定编码模板包括数字微镜阵列和液晶空间光调制器；
所述第一编码模板(3)和第二编码模板(5)的编码体制为哈达玛编码或者傅里叶变换编码或者随机编码。
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说 明 书
一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统
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技术领域
[0001]本发明涉及光谱成像技术，具体涉及一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统。背景技术
[0002]高/多光谱成像技术能够获取目标的图像信息和光谱信息，获得目标的表面结构和光谱特性信息，被广泛应用于航空航天遥感、农林牧渔普查、地质环境监测、气象监测和预报、天文观测、化学成分监测等诸多领域，在军事、工业和农业生产中具有不可或缺的应用价值。随着光谱成像技术的发展，其应用波段从可见光、近红外不断的向中长波红外、太赫兹波段扩展。
[0003]传统的单通道光谱成像技术信噪比较低，相比于传统光学成像，光谱成像仪可以获得目标的三维数据立方体，N个谱段的数据立方体的数据量扩大了N倍，极大的数据量会带来数据存储问题，对于传输信息的信号所需的带宽容限特性要求水涨船高，不仅仅如此，由于数据量扩大，采集传输信号所需时间增加，则采集速度也相应增大，使得数据传输的成本增高、对硬件要求提高，否则严重影响数据处理时间，影响工作效益。对于机载和星载设备，也会带来信息获取和传输受限的问题，导致无法实时获取探测及侦查数据；同时，要获得高空间分辨率和高光谱分辨率的图谱信息，往往需要较大规格的探测器，则所需成本较高；而在太赫兹和中长波红外波段，大规格探测器的工艺不成熟、价格昂贵、性能难以保证，并且由于中波红外及太赫兹成像半导体技术发展相对缓慢，因此需要转变大面阵探测的思路。压缩感知概念的提出使得单像素成像成为可能。压缩感知(Compressive Sensing，CS)又称压缩采样，是由E.Candès,J.Romberg,T.Tao和Donoho等人于近年提出的一个全新的数学理论，它通过对信号的冗余性进行充分的挖掘，对原始信号进行一个线性、非自适应的全局观测得到少量的观测信号，再通过重构算法精确重构原始信号。2006年在美国莱斯大学单像素相机也随着压缩感知理论的完善成功问世，该设备的工作原理其实就是压缩感知理论在光学成像上的基本应用，相对于传统成像一一对应的方式来说，通过增加一些具备整体场景信息的像素块对应的光强值大小来获取图片信息。参考Rice大学的研究成果。2008年，成功实现太赫兹单像素成像。2011年，Correia M课题组成功研究出动态照明的单像素相机，2013年，B.Sun等人成功研制出具有3D成像功能的单像素相机。2016年，Yiwei Zhang等人设计出单像素3D视频成像装置；2017年Chi H等人利用频谱仪实现了单像素光谱成像；Zhang Z等人提出一种基于傅里叶变换的调制模式实现单像素成像。[0004]综上所述，目前对于单像素成像的研究主要集中于传统的全色成像，部分研究将其拓展至3D成像和光谱成像，但这些成像过程都需采用扫描的方式获取目标的三维信息，该扫描过程需要电机、控制装置及运动部件，增加了系统整体的体积重量和成本，同时降低系统可靠性和成像质量。
发明内容
[0005]为了解决现有成像系统获取数据量增加导致数据传输成本增加、信噪比较低，以
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及现有单像素成像的扫描方式导致系统体积大、成本高、成像质量差的技术问题，本发明提供了一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统。[0006]为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：[0007]一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特殊之处在于：包括沿光束方向依次设置的第一成像镜、分光单元、第一编码模板、合光单元、第二编码模板、成像镜组、单元探测器及数据处理单元；所述第一成像镜用于将目标成像于一次像面位置；所述分光单元包括沿第一成像镜出射光路方向依次设置的第一准直镜、第一色散元件、第二成像镜；所述第一编码模板用于对第二成像镜成像后的不同视场光谱图像信息进行光谱维编码；所述合光单元包括沿第一编码模板出射光路方向依次设置的第二准直镜、第二色散元件、第三成像镜；其中，第二色散元件用于将第一色散元件色散的光束进行合束；所述第一色散元件和第二色散元件的结构相同，且沿第一编码模板对称分布；所述第二编码模板用于对第三成像镜成像后的空间图像信息进行空间微编码；所述成像镜组用于将编码后的图像压缩至单元探测器焦平面上；所述单元探测器用于对编码压缩后的信息进行接收并采集，数据处理单元用于对单元探测器获取的信息进行反演，实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。[0008]进一步地，所述成像镜组包括沿光束方向依次设置的两个相互垂直的柱面镜，分别为第一柱面镜和第二柱面镜，第一柱面镜镜将编码后的图像压缩成一条线，第二柱面镜将线压缩成点信息；
[0009]或者成像镜组包括一个或者多个透镜。[0010]进一步地，所述第一色散元件和第二色散元件的口径相等、焦距相等。[0011]进一步地，所述第一色散元件和第二色散元件均为棱镜或光栅。[0012]进一步地，所述第一编码模板和第二编码模板均包括移动式机械模板和固定编码模板；所述固定编码模板包括数字微镜阵列和液晶空间光调制器；所述第一编码模板和第二编码模板的编码体制为哈达玛编码或者傅里叶变换编码或者随机编码。[0013]同时，本发明提供了一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，其特殊之处在于：包括沿光束方向依次设置的第一成像镜、第二编码模板、分光单元、第一编码模板、合光单元、成像镜组、单元探测器及数据处理单元；所述第一成像镜用于将目标成像于一次像面位置；所述第二编码模板用于对第一成像镜成像后的空间图像信息进行空间微编码；所述分光单元包括沿第二编码模板出射光路方向依次设置的第一准直镜、第一色散元件、第二成像镜；所述第一编码模板用于对第二成像镜成像后的不同视场光谱图像信息进行光谱维编码；所述合光单元包括沿第一编码模板出射光路方向依次设置的第二准直镜、第二色散元件、第三成像镜；其中，第二色散元件用于将第一色散元件色散的光束进行合束；所述第一色散元件和第二色散元件的结构相同，且沿第一编码模板对称分布；所述成像镜组用于将第三成像镜成像后的图像压缩至单元探测器焦平面上；所述单元探测器用于对压缩后的信息进行接收并采集，所述数据处理单元用于对单元探测器获取的信息进行反演，实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。[0014]进一步地，所述成像镜组包括沿光束方向依次设置的两个相互垂直的柱面镜，分别为第一柱面镜和第二柱面镜，第一柱面镜镜将成像后的图像压缩成一条线，第二柱面镜将线压缩成点信息；
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或者成像镜组包括一个或者多个透镜。
[0016]进一步地，所述第一色散元件和第二色散元件均为棱镜或光栅。[0017]进一步地，所述第一色散元件和第二色散元件的口径相等、焦距相等。[0018]进一步地，所述第一编码模板和第二编码模板均包括移动式机械模板和固定编码模板；所述固定编码模板包括数字微镜阵列和液晶空间光调制器；所述第一编码模板和第二编码模板的编码体制为哈达玛编码或者傅里叶变换编码或者随机编码。[0019]与现有技术相比，本发明的优点是：[0020]1、本发明光谱成像系统首先对目标光谱维信息进行编码，获得光谱维编码的压缩图像，然后对目标空间维信息进行编码，或者首先对目标空间维信息进行编码，获得空间维编码的压缩图像，然后对目标光谱维信息进行编码，最终由单元探测器获得整个图谱的压缩数据，完成对光谱和空间的编码，从而实现单像素光谱成像；压缩的数据中同时包含了目标的图像信息和光谱信息，并且该方案能够实现凝视成像，无需通过扫描即可获得目标的空间信息，该成像系统体积小、成本低、成像质量好；[0021]对目标进行光谱维编码的过程，可实现一次成像获得的目标图谱信息具有多个光谱通道信息，同时能够保证获得的目标图像信息具有较高的信噪比；[0022]编码和压缩过程可实现对数据进行压缩，大大降低数据存储，采集和传输时间。[0023]2.本发明光谱成像系统可适用于可见光、红外、太赫兹、微波等多个波段，适用性广泛。
[0024]3.本发明可采用数据处理单元对单元探测器获取的信息进行反演，获取目标的三维数据立方体。
附图说明
[0025]图1是本发明基于压缩感知的凝视型光谱成像系统实施例一的光路图；[0026]图2是本发明基于压缩感知的凝视型光谱成像系统实施例二的光路图。[0027]其中，附图标记如下：[0028]1-第一成像镜，2-分光单元，21-第一准直镜，22-第一色散元件，23-第二成像镜，3-第一编码模板，4-合光单元，41-第二准直镜，42-第二色散元件，43-第三成像镜，5-第二编码模板，6-成像镜组，7-单元探测器。具体实施方式
[0029]以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。[0030]实施例一
[0031]本实施例提出的光谱成像技术，首先通过空间光调制器实现目标的光谱维编码，在此基础上，再次进行目标的空间维编码，最终通过单像素对编码后的信息进行采样，实现单像素凝视光谱成像。通过压缩感知算法对采集的信息进行反演即可复原出目标的空间图像信息及光谱信息。相比于大规格面阵探测器，单元探测器往往具有更高的性能，包括更低的探测器噪声、更高的量子效率和探测帧频、更大的探测信号接收面积等优势。同时，可通过单元探测器获得目标的图谱三维数据。[0032]如图1所示，一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，包括沿光束方向依次设置
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的第一成像镜1、分光单元2、第一编码模板3、合光单元4、第二编码模板5、成像镜组6、单元探测器7及数据处理单元。[0033]第一成像镜1由单片或者多个镜片组成，用于将目标成像于一次像面位置。[0034]分光单元2包括沿第一成像镜1出射光路方向依次设置的第一准直镜21、第一色散元件22、第二成像镜23；其中，第一准直镜21由单片或者多个镜片组成，对进入系统的光束进行准直，使其不同视场入射的光束各自平行进入第一色散元件22中；第一色散元件22起色散分光作用，对不同视场的平行光进行色散分光，色散后的光束传播至第二成像镜23，经过第一色散元件22色散后的光束包含目标的光谱信息；第二成像镜23由单片或者多个镜片组成，对色散后光束进行成像，在第一编码模板3处获得目标的光谱信息。[0035]第一编码模板3用于对目标的不同视场光谱信息进行光谱维编码，实现目标的光谱维编码，获得光谱维编码的图像；其编码模板包括空间光调制器件数字微镜阵列(DMD)、液晶空间光调制器(LCM)以及机械掩模板，其中编码体制包括哈达玛编码、傅里叶变换编码和随机编码等多种编码形式。
[0036]合光单元4包括沿沿第一编码模板出射光路方向依次设置的第二准直镜41、第二色散元件42、第三成像镜43；第二准直镜41由单片或者多个镜片组成，对编码后的不同谱段的光束进行准直，继而进入第二色散元件42处；第二色散元件42的作用是将第一色散元件22色散的不同波段光束进行合束，合束后的光束传播至第三成像镜43；其中第二色散元件42、第一色散元件22的型号和参数一致，可以为光栅或棱镜；第三成像镜43对编码后的光束进行成像，在第二编码模板5位置处获得目标的的空间图像。其中，第一色散元件22和第二色散元件42的结构相同，且沿第一编码模板3对称分布。[0037]第二编码模板5为空间编码模板，用于对经过光谱维编码的空间图像进行空间微编码；其包括数字微镜阵列(DMD)，液晶空间光调制器(LCM)和机械模板等多种形式；其中编码体制包括哈达玛编码、傅里叶变换编码和随机编码等多种编码形式。[0038]成像镜组6用于将编码后的图像压缩至单元探测器7焦平面上，该成像镜组6具有特殊的作用，将整副图像缩放至很小的尺度；该成像镜组6由单片或者多个镜片组成，可以用沿光束方向依次设置的两块相互垂直的柱面镜，通过第一块柱面镜将编码后的图像压缩成一条线，再通过第二块柱面镜将线压缩成点信息；或者成像镜组6采用透镜镜组对图像进行压缩。
[0039]单元探测器7用于对编码压缩后的信息进行接收并采集。[0040]数据处理单元，基于压缩感知的信号复原算法，具体如匹配追踪(MP)、正交匹配跟踪(OMP)、阈值硬迭代(IHT)、压缩采样匹配追踪(CoSaMP)和子空间追踪(SP)，通过压缩感知的算法对单元探测器7获取的信息进行反演，可以实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。
[0041]采用编码成像技术对目标光谱维信息进行编码，获得光谱维编码的压缩图像，其中色散可采用棱镜、光栅等多种分光元件，编码可采用哈达玛编码、傅里叶编码及其衍化的各种编码形式；在此基础上，通过编码模板对空间维信息进行编码，最终由单元探测器像元结构获得整个图谱的压缩数据。压缩的数据中同时包含了目标的图像信息和光谱信息，并且该方案能够实现凝视成像，无需通过扫描即可获得目标的空间信息。
[0042]本实施例光谱成像系统通过双编码的技术方案实现对光谱和空间的编码，从而实
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现单像素光谱成像。
[0043]本实施例通过双色散孔径编码技术(包括两块色散元件)实现了对目标光谱信息的编码，该过程中同时获得了目标完整的图像信息，在此基础上，对获得的图像信息进行编码，压缩后由单元探测器接收，实现凝视型单像素光谱成像技术。[0044]本实施例光谱成像系统相比已有的单像素光谱成像技术，具有更高的信噪比。通过双色散孔径编码光谱成像技术实现光谱维度的编码，该过程一次成像获得的目标图谱信息具有多个光谱通道信息，是一种多通道的光谱成像技术，能够保证获得的目标图像信息具有较高的信噪比。
[0045]本实施例光谱成像系统适用于包括可见光、红外、太赫兹、微波等多个波段，相比其他单像素光谱成像装置，该技术的编码模板可采用多种空间光调制器件，包括数字微镜器件(DMD)、液晶空间光调制器、机械掩模板等多种器件，适用性广泛。[0046]本实施例光谱成像系统具有极大的数据压缩功能。相比目前已有的技术方案，该技术能够实现比已有方案高数十倍的数据压缩比，大大降低数据存储，采集和传输时间和难度。
[0047]实施例二
[0048]本实施例提出的光谱成像技术，首先通过空间光调制器实现目标的空间维编码，在此基础上，再次进行目标的光谱维编码，最终通过单像素对编码后的信息进行采样，实现单像素凝视光谱成像。通过压缩感知算法对采集的信息进行反演即可复原出目标的空间图像信息及光谱信息。相比于大规格面阵探测器，单元探测器往往具有更高的性能，包括更低的探测器噪声、更高的量子效率和探测帧频、更大的探测信号接收面积等优势。同时，可通过单元探测器获得目标的图谱三维数据。[0049]如图2所示，一种基于压缩感知的凝视型光谱成像系统，包括沿光束方向依次设置的第一成像镜1、第二编码模板5、分光单元2、第一编码模板3、合光单元4、成像镜组6及单元探测器7。
[0050]第一成像镜1由单片或者多个镜片组成，用于将目标成像于一次像面位置。[0051]第二编码模板5为空间编码模板，用于对第一成像镜1成像后的空间图像信息进行空间微编码；其包括数字微镜阵列(DMD)，液晶空间光调制器(LCM)和机械模板等多种形式；其中编码体制包括哈达玛编码、傅里叶变换编码和随机编码等多种编码形式。
[0052]分光单元2包括沿第二编码模板5出射光路方向依次设置的第一准直镜21、第一色散元件22、第二成像镜23；其中，第一准直镜21由单片或者多个镜片组成，对进入系统的光束进行准直，使其不同视场入射的光束各自平行进入第一色散元件22中；第一色散元件22起色散分光作用，对不同视场的平行光进行色散分光，色散后的光束传播至第二成像镜23，经过第一色散元件22色散后的光束包含目标的光谱信息；第二成像镜23由单片或者多个镜片组成，对色散后光束进行成像，在第一编码模板3处获得目标的光谱信息。[0053]第一编码模板3用于对目标的不同视场光谱信息进行光谱维编码，实现目标的光谱维编码，获得光谱维编码的图像；其编码模板包括空间光调制器件数字微镜阵列(DMD)和液晶空间光调制器(LCM)以及机械掩模板，其中编码体制包括哈达玛编码、傅里叶变换编码和随机编码等多种编码形式。
[0054]合光单元4包括沿沿第一编码模板出射光路方向依次设置的第二准直镜41、第二
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色散元件42、第三成像镜43；第二准直镜41由单片或者多个镜片组成，对编码后的不同谱段的光束进行准直，继而进入第二色散元件42处；第二色散元件42的作用是将第一色散元件22色散的不同波段光束进行合束，合束后的光束传播至第三成像镜43；其中第二色散元件42、第一色散元件22的型号和参数一致，可以为光栅或棱镜；第三成像镜43对编码后的光束进行成像，在第二编码模板5位置处获得目标的的空间图像。其中，第一色散元件22和第二色散元件42的结构相同，且沿第一编码模板3对称分布。
[0055]成像镜组6用于将编码成像后的图像压缩至单元探测器7焦平面上，该成像镜组6具有特殊的作用，将整副图像缩放至很小的尺度；该成像镜组6由单片或者多个镜片组成，可以用沿光束方向依次设置的两块相互垂直的柱面镜，通过第一块柱面镜将编码后的图像压缩成一条线，再通过第二块柱面镜将线压缩成点信息；或者成像镜组6采用透镜镜组对图像进行压缩。
[0056]单元探测器7用于对编码压缩后的信息进行接收并采集。[0057]数据处理单元，基于压缩感知的数据处理单元(信号复原算法)，具体如匹配追踪(MP)、正交匹配跟踪(OMP)、阈值硬迭代(IHT)、压缩采样匹配追踪(CoSaMP)和子空间追踪(SP)，通过压缩感知的算法对单元探测器7获取的信息进行反演，可以实现对目标的空间信息和光谱信息的复原，获取目标的三维数据立方体。
[0058]采用编码成像技术对目标空间维信息进行编码，获得空间维编码的压缩图像，其中色散可采用棱镜、光栅等多种分光元件，编码可采用哈达玛编码、傅里叶编码及其衍化的各种编码形式；在此基础上，通过编码模板对光谱维信息进行编码，最终由单元探测器像元结构获得整个图谱的压缩数据。压缩的数据中同时包含了目标的图像信息和光谱信息，并且该方案能够实现凝视成像，无需通过扫描即可获得目标的空间信息。
[0059]本实施例光谱成像系统通过双编码的技术方案实现对光谱和空间的编码，从而实现单像素光谱成像。
[0060]本实施例通过双色散孔径编码技术(包括两块色散元件)实现了对目标光谱信息的编码，该过程中同时获得了目标完整的图像信息，在此基础上，对获得的图像信息进行编码，压缩后由单元探测器接收，实现凝视型单像素光谱成像技术。[0061]本实施例光谱成像系统相比已有的单像素光谱成像技术，具有更高的信噪比。通过双色散孔径编码光谱成像技术实现光谱维度的编码，该过程一次成像获得的目标图谱信息具有多个光谱通道信息，是一种多通道的光谱成像技术，能够保证获得的目标图像信息具有较高的信噪比。
[0062]本实施例光谱成像系统适用于包括可见光、红外、太赫兹、微波等多个波段，相比其他单像素光谱成像装置，该技术的编码模板可采用多种空间光调制器件，包括数字微镜器件(DMD)、液晶空间光调制器、机械掩模板等多种器件，适用性广泛。[0063]本实施例光谱成像系统具有极大的数据压缩功能。相比目前已有的技术方案，该技术能够实现比已有方案高数十倍的数据压缩比，大大降低数据存储，采集和传输时间和难度。
[0064]以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
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