压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统的制作方法

本实用新型涉及光谱定标领域，适用于压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统。

背景技术：

光谱定标用来确定光谱成像仪的光谱通道位置和光谱响应特性，是光谱和光谱成像类仪器数据定量化的必要手段，对仪器的定量化应用具有重要意义。压缩感知编码超分辨光谱成像仪是一种基于压缩感知理论在相同传感器像元尺寸和镜头焦距条件下，能够获得更高空间分辨能力的一类计算编码型光谱成像仪。该仪器的技术原理最早见于2012年的spie会议论文“spatialsuper-resolutionincodeaperturespectralimaging”(proc.ofspievol.8365,83650a)，由于这类仪器的像元尺寸比用来对视场进行编码的编码模板单元尺寸大，传感器成像时，每个像元获得的是编码模板若干单元在一起的混合光信号，无法准确给出每个编码模板单元对于每个光谱通道在传感器端的准确投影，因此也就无法确定光谱成像仪的准确光谱位置和响应特性，也即传统的针对编码型光谱成像仪的光谱定标方法不再适用。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，用于解决压缩感知编码超分辨光谱成像仪中由于像元尺寸大于编码模板尺寸而无法准确给出每个编码模板单元对于每个光谱通道在传感器端的准确投影的问题。

本实用新型的基本原理是：

通过调整三维精密调整台，配合计算分析编码模板上十字线标示符的成像的位置和角度，使第一图像传感器处于准确的焦面位置，且十字线标志符与第一图像传感器的像元行列重合。使可调单色光源输出的光从光谱成像仪的起始波长到截止波长依次等波长间隔的输出不同波长的单色光，并采集每个波长单色光对于的图像，通过对图像进行分析和处理给出光谱成像仪的光谱响应函数，从而完成光谱定标。

本实用新型的具体技术方案是：

本实用新型提供了一种压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，其特征在于：包括可调单色光源、积分球、第一图像传感器、图像采集系统、三维精密调整台以及调整台控制器；

可调单色光源出口对准积分球的光源入口；积分球出射的光垂直入射到待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪，并充满待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的孔径角；

第一图像传感器设置在待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的后焦面上；第一图像传感器的像元尺寸为待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器像元尺寸的正整数分之一；

第一图像传感器与图像采集系统连接；第一图像传感器安放在三维精密调整台上；三维精密调整台在调整台控制器的控制下进行上下、左右、旋转三个维度上的移动。

进一步地，可调单色光源的光谱范围覆盖待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作谱段，且以小于待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪光谱分辨率1/10的波长间隔连续设置输出的单色光。

进一步地，压缩感知编码超分辨光谱成像仪的具体结构包括前置光学系统、编码模板、光谱成像系统以及图像传感器；其中，编码模板的安装位置在前置光学系统一次像面上，图像传感器的安装位置在光谱成像系统的二次像面处；编码模板四个角的位置上分别设置“十字线”标识符。

进一步地，第一图像传感器的像元尺寸为待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器像元尺寸的1/2或1/3。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用第一图像传感器作为中介元件实现了对压缩编码超分辨光谱成像仪进行光谱定标。本实用新型解决了目前针对压缩编码超分辨光谱成像仪由于成像探测器尺寸大于编码模板尺寸而导致的无法定标的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图。

图2为压缩感知编码超分辨光谱成像仪的结构示意图。

1、可调单色光源，2、积分球，3、待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪，4、编码模板，5、第一图像传感器，6、图像采集系统、7、三维精密调整台，8、调整台控制器、9-图像传感器、10-前置光学系统、11-光谱成像系统。

具体实施方式

本实用新型首先提供了一种压缩感知编码超分辨光谱成像仪的光谱定标系统，包括可调单色光源1、积分球2、第一图像传感器5、图像采集系统6、三维精密调整台7以及调整台控制器8；

可调单色光源1出口对准积分球2的光源入口；积分球2出射的光垂直入射到待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪3，并充满待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪3的孔径角；

第一图像传感器5设置在待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪3的后焦面上；第一图像传感器5的像元尺寸远小于待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪3本体自带的图像传感器像元尺寸，且应为压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器像元尺寸的正整数分之一；

第一图像传感器5与图像采集系统6连接；第一图像传感器5安放在三维精密调整台7上；三维精密调整台7在调整台控制器8的控制下进行上下、左右、旋转三个维度上的移动。

其中，可调单色光源1的光谱范围覆盖待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪3的工作谱段，且以小于待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪光谱分辨率1/10的波长间隔连续设置输出的单色光。

如图2所示，具体来说，压缩感知编码超分辨光谱成像仪包括前置光学系统10、编码模板4、光谱成像系统11以及图像传感器9；其中，编码模板4的安装位置在前置光学系统10一次像面上，图像传感器9的安装位置在光谱成像系统11的二次像面处；编码模板4四个角的位置上分别设置“十字线”标识符。

根据上述的系统，现对压缩感知编码超分辨光谱成像仪进行光谱定标，其具体的实施步骤为：

1】拆除待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带的图像传感器；

2】开启可调单色光源，使单色光进入积分球光源入口，同时使单色光从积分球出口进入待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪视场；

3】调节单色光源，使其输出的波长值为λ0，λ0是待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围的起始波长，例如，待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围为400nm～900nm，则此时λ0的值为400nm；

4】将第一图像传感器固定在三维精密调整台上，前提是要确保第一图像传感器的面阵尺寸大于待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪图像传感器。将三维精密调整台连同上面安放的第一图像传感器放置在压缩感知编码超分辨光谱成像仪后焦面位置，沿着光轴方向前后微调，使编码模板上的标识符清晰成像。这里，编码模板上的标识符是预制在编码模板四个边角处的十字线标识符。

5】用控制器调节三维精密调整台，上下、左右、旋转三个维度上调整，使编码模板上每个十字线标识符对齐准图像传感器四个边角处的相应位置的像元；

6】采集存储第一图像传感器输出的图像数据；

7】调节单色光源，使其输出波长值为λi，这里λi＝λ0+iδλ,(i＝1,2,...n)，这里δλ应该小于待定标压缩感知编码超分辨率光谱成像仪光谱分辨率的设计值的1/5；

8】持续步骤7】的调节过程，直至单色光源输出波长达到λn，这里λn是待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围的截止波长，例如待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的工作波长范围为400nm～900nm，则此时λn的值为900nm；

9】通过上述过程，获得了n+1个二维图像组成的图像序列，每个图像就是编码模板在某个波长下的单色图像，其灰度值用iλi(x,y)表示，其中x为第一图像传感器行方向像元序号，这里我们定义仪器色散方向为行方向，y为第一图像传感器列方向像元序号，这里我们定义与色散方向垂直的方向为列方向；

10】采用标准灰度质心发依次计算第1幅到第n+1幅图像中十字刻线交点在探测器行方向的相对质心位置(用行方向像元序号表示)，可以得到每幅图像对应的波长和十字线标识符质心位置的对应关系。采用多项式拟合的方式获得拟合误差最小的曲线函数。以二次多项式为例。

λi＝a0+a1x+...+akx^k

其中，ak代表多项式k次项系数；

11】拆除第一图像传感器，更换为待定标压缩感知编码超分辨光谱成像仪的图像传感器。调整单色光谱，使依次输出3～5个典型波长单色光，这些典型波长的选取方式为在起始波长和截止波长范围内等间隔选取。采集这3～5个典型波长单色光的图像，采用标准灰度质心法分别计算每个波长对应的相对像元位置，算出像元位置相对于标准探测器的偏移量δ，从而给出利用偏移量校正后的新公式，完成定标。

λi＝a0+a1x′+...+akx′^k

其中，x′为压缩感知编码超分辨光谱成像仪本体自带图像传感器的像元序号，x′＝x+δ。