CN108896177A - 多通道复用的光谱图像获取方法 - Google Patents

多通道复用的光谱图像获取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108896177A
CN108896177A CN201810532704.1A CN201810532704A CN108896177A CN 108896177 A CN108896177 A CN 108896177A CN 201810532704 A CN201810532704 A CN 201810532704A CN 108896177 A CN108896177 A CN 108896177A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical filter
multichannel multiplexing
wave
transmitance
spectrum picture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810532704.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108896177B (zh
Inventor
王建威
孙建颖
吕群波
赵娜
刘扬阳
谭政
裴琳琳
张丹丹
李伟艳
陈鑫雯
方煜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy of Opto Electronics of CAS
Original Assignee
Academy of Opto Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy of Opto Electronics of CAS filed Critical Academy of Opto Electronics of CAS
Priority to CN201810532704.1A priority Critical patent/CN108896177B/zh
Publication of CN108896177A publication Critical patent/CN108896177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108896177B publication Critical patent/CN108896177B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多通道复用的光谱图像获取方法，包括：采用特定透过率的滤光片，以及多个滤光片的透过率之间互相关联的方式设置滤光片组；基于滤光片组对物体光谱进行编码，即将物体光谱分为N个波段，对N个波段的光能量进行N种不同的加权组合，使得探测器记录N种不同组合的和值，从而获得多通道复用的光谱图像。该方法通过滤光片的透过率对物体光谱进行编码，使得探测器接收的是多个波段的组合能量，相较于现有滤光片和色散型成像光谱仪而言，极大的提高了能量利用率和图像信噪比。

Description

多通道复用的光谱图像获取方法
技术领域
本发明涉及多光谱成像技术领域，尤其涉及一种多通道复用的光谱图像获取方法。
背景技术
多光谱成像技术已经很成熟，利用滤光片或者色散元件分光，获取多个波段的灰度图像，并组合成多光谱图像数据。其中分光元件是其核心器件，主要是滤光片、棱镜和光栅，而这几种分光元件又有很多种类，但无论哪种类型，现有的分光型多光谱成像技术中探测器接收的都是单波段的光，其它波段的光线被反射或无法同时到达同一个像元，无法有效利用，从而需要通过其它的方式补偿能量低的缺点，比如增加曝光时间，或者提高探测器的感光性能等方式。
目前主要有如下两种类型的技术方案：
1、利用多个波长的滤光片对通过镜头的光滤波，只允许某一个谱段的光通过，经过多次滤波得到多个波段的图像，这种技术比较成熟，很多文献和专利中都涉及到。滤光片组采用滤光片轮或者滤光片阵列式的，将滤光片组贴在探测器上，通过推扫，得到各个谱段的图像，经过后期图像配准获得光谱图像数据。但是，滤光片组过滤了大部分光，因为探测器接收到的光能量很少，需要高性能探测器或者提高曝光时间等方式提高图像质量。
2、如图1所示的色散型光谱成像仪，其利用棱镜或者光栅将不同波长的光线分开，经光学系统后不同波长的光线聚焦在探测器上不同的位置，虽然没有滤光片滤波，但是每个像元接收的也只是单一波段的光，不同波段的光线不能同时被同一个像元接收，同样存在能量低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多通道复用的光谱图像获取方法，极大的提高了能量利用率和图像信噪比。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多通道复用的光谱图像获取方法，包括：
采用特定透过率的滤光片，以及多个滤光片的透过率之间互相关联的方式设置滤光片组；
基于滤光片组对物体光谱进行编码，即将物体光谱分为N个波段，对N个波段的光能量进行N种不同的加权组合，使得探测器记录N种不同组合的和值，从而获得多通道复用的光谱图像。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，滤光片透过率是特殊设计的，多个滤光片的透过率之间互相关联，缺一不可；同时，通过滤光片的透过率对物体光谱进行编码，使得探测器接收的是多个波段的组合能量，相较于现有滤光片和色散型成像光谱仪而言，极大的提高了能量利用率和图像信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明背景技术提供的色散型光谱成像仪的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多通道复用的光谱图像获取方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的滤光片组透过率曲线的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种多通道复用的光谱图像获取方法，如图2所示，其主要包括：采用特定透过率的滤光片，以及多个滤光片的透过率之间互相关联的方式设置滤光片组合；基于滤光片组合对物体光谱进行编码，即将物体光谱分为N个波段，对N个波段的光能量进行N种不同的加权组合，使得探测器记录N种不同组合的和值，从而获得多通道复用的光谱图像。
本发明实施例上述方案与现有滤光片型光谱成像技术获取图像的方式相同，都是在每一种滤光片的滤光下采集图像，然后综合多个滤光片的图像得到多光谱图像数据。不同的是本发明实施例上述方案需要通过计算才能得到多光谱图像数据。
本发明实施例中，利用的是一种编码原理，通过滤光片的透过率对物体光谱进行编码，本质上是对光谱进行加权组合。例如，假设滤光片组合包含4个滤光片，将光谱分为4个波段，对4个波段的光能量进行4种不同的加权组合，在数学上即为4个线性方程，探测器记录了4种不同组合的和值，由于滤光片的透过率曲线是已知的，每个波段的加权系数理论上是已知的，当4个滤光片下的图像全部记录下以后，可以通过解线性方程组的方法求解各个波段的相对能量值。
如图3所示，每一曲线代表一个滤光片的光谱透过率曲线，在450nm～800nm的波长范围分了4个宽度相同的波段，最终探测器上接收到的能量可以表示为不同波段能量的线性组合，组成的线性方程组为：
a11x1+a12x2+a13x3+a14x4＝y1
a21x1+a22x2+a23x3+a24x4＝y2
a31x1+a32x2+a33x3+a34x4＝y3
a41x1+a42x2+a43x3+a44x4＝y4
其中，x1～x4分别表示第1个～第4个波段的能量，y1～y4分别表示通过第1个～第4个滤光片后探测器接收到的能量；由于滤光片可以让多个波段同时通过，因此，探测器接收到的能量y可以表示为多个波段的能量x的线性组合；为滤光片组合的透过率曲线对应线性方程组的系数矩阵，其中每一个系数a下标的第1项为滤光片序号，第2项为波段序号。
示例性的，上述系数矩阵可以为：
上述系数矩阵为满秩矩阵，且为可逆矩阵，使得上述线性方程组具有唯一解，从而求解出4个波段的相对能量值。线性方程组只代表了一个点的光谱编码，由于点和点之间并不相关，可以独立求解。
从上述例举的系数矩阵也可以看出，每一个滤光片对应的系数中均有一个为0，即表示相应波段没有透过，只有三个波段的光透过，因此，通过每一个滤光片后的图像都是三个波段的和，比现有的技术能量要高。当然，上述系数矩阵的具体数值也仅为举例，若系数中没有零，则通过每一个滤光片后的图像都是四个波段的加权和。
此外，本发明实施例上述方案中的滤光片组可以是反射式的，滤光片组可以是阵列组合形式，也可以是滤光片轮形式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多通道复用的光谱图像获取方法，其特征在于，包括：
采用特定透过率的滤光片，以及多个滤光片的透过率之间互相关联的方式设置滤光片组；
基于滤光片组对物体光谱进行编码，即将物体光谱分为N个波段，对N个波段的光能量进行N种不同的加权组合，使得探测器记录N种不同组合的和值，从而获得多通道复用的光谱图像。
2.根据权利要求1所述的一种多通道复用的光谱图像获取方法，其特征在于，
假设滤光片组包含4个滤光片，则将物体光谱分为4个波段，对4个波段的光能量进行4种不同的加权组合，则构成如下线性方程组：
a11x1+a12x2+a13x3+a14x4＝y1
a21x1+a22x2+a23x3+a24x4＝y2
a31x1+a32x2+a33x3+a34x4＝y3
a41x1+a42x2+a43x3+a44x4＝y4
其中，x1～x4分别表示第1个～第4个波段的能量，y1～y4分别表示通过第1个～第4个滤光片后探测器接收到的能量；为滤光片组的透过率曲线对应线性方程组的系数矩阵，其中每一个系数a下标的第1项为滤光片序号，第2项为波段序号；
上述系数矩阵为满秩矩阵，且为可逆矩阵，使得上述线性方程组具有唯一解，从而求解出4个波段的相对能量值。
3.根据权利要求2所述的一种多通道复用的光谱图像获取方法，其特征在于，在450nm～800nm的波长范围分了4个宽度相同的波段。
CN201810532704.1A 2018-05-29 2018-05-29 多通道复用的光谱图像获取方法 Active CN108896177B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810532704.1A CN108896177B (zh) 2018-05-29 2018-05-29 多通道复用的光谱图像获取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810532704.1A CN108896177B (zh) 2018-05-29 2018-05-29 多通道复用的光谱图像获取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108896177A true CN108896177A (zh) 2018-11-27
CN108896177B CN108896177B (zh) 2021-12-31

Family

ID=64343385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810532704.1A Active CN108896177B (zh) 2018-05-29 2018-05-29 多通道复用的光谱图像获取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108896177B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702226A (zh) * 2019-09-20 2020-01-17 深圳奥比中光科技有限公司 一种微型光谱仪及光谱检测方法
CN111445543A (zh) * 2020-04-16 2020-07-24 东北大学 一种将卷积神经网络编码成光谱透过率的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103400350A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种编码孔径光谱成像仪的光谱图像复原方法
CN204027990U (zh) * 2014-06-23 2014-12-17 殷秀萍 一种多通道光谱模组
CN104359556A (zh) * 2014-11-14 2015-02-18 武汉大学 一种用于宽带光谱成像系统的最优化训练样本选择方法
CN107505046A (zh) * 2017-07-31 2017-12-22 征图新视（江苏）科技有限公司 多光谱颜色测量方法
US20180314008A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 National Taiwan University Of Science And Technology Optical communication system and method of multi-channel optical transmission and reception

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103400350A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种编码孔径光谱成像仪的光谱图像复原方法
CN204027990U (zh) * 2014-06-23 2014-12-17 殷秀萍 一种多通道光谱模组
CN104359556A (zh) * 2014-11-14 2015-02-18 武汉大学 一种用于宽带光谱成像系统的最优化训练样本选择方法
US20180314008A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 National Taiwan University Of Science And Technology Optical communication system and method of multi-channel optical transmission and reception
CN107505046A (zh) * 2017-07-31 2017-12-22 征图新视（江苏）科技有限公司 多光谱颜色测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
方煜: "《滤光片阵列型多光谱相机中阵列的设计与形变影响分析》", 《光子学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702226A (zh) * 2019-09-20 2020-01-17 深圳奥比中光科技有限公司 一种微型光谱仪及光谱检测方法
CN111445543A (zh) * 2020-04-16 2020-07-24 东北大学 一种将卷积神经网络编码成光谱透过率的方法
CN111445543B (zh) * 2020-04-16 2023-05-16 东北大学 一种将卷积神经网络编码成光谱透过率的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108896177B (zh) 2021-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9030580B2 (en) Color filter modules for plenoptic XYZ imaging systems
US8027041B1 (en) Compact snapshot multispectral imaging system
US9055240B2 (en) Polychromatic imaging method
US7835002B2 (en) System for multi- and hyperspectral imaging
CN108896178A (zh) 一种多路复用多光谱成像仪
RU2012101499A (ru) Цветовые фильтры для датчиков с размерами меньше дифракционного предела
US9491377B2 (en) Methods of extracting 4-band data from a single CCD; methods of generating 4×4 or 3×3 color correction matrices using a single CCD
CN108896177A (zh) 多通道复用的光谱图像获取方法
CN110017897A (zh) 一种紧凑型单目多通道可组合式多光谱成像系统
JP2018107794A (ja) 画像生成装置及び撮像装置
CN107436194A (zh) 一种高光通量实时光谱成像装置
CN115307733A (zh) 一种空间维编码光谱偏振一体化成像系统及其设计方法
CN113540138A (zh) 一种多光谱图像传感器及其成像模块
CN104422998A (zh) 用于波分复用信号的接收器光学模块
CN108169807B (zh) 一种集成式短波红外光学成像系统
CN107727231A (zh) 一种对光谱成像仪条带噪声进行修正的方法
JP2024514493A (ja) 多重化照明を利用したスナップショット型高精度マルチスペクトルイメージングシステムおよびその方法
JP2018513964A (ja) スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ及び結像方法
JP2018513964A5 (ja) スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ及び画像化方法
CN103516964B (zh) 摄像单元及装置、显示摄像一体装置及摄像方法
CN114659634A (zh) 微型快照式压缩光谱成像探测装置及探测方法
CN103743483A (zh) 差分光谱成像方法
US20220360759A1 (en) Image Sensor and Image Apparatus
CN105043546A (zh) 一种新型的aotf光谱成像系统
CN106772748A (zh) 一种用于超光谱成像系统的阶越滤光片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant