CN110987181A - 窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法 - Google Patents

窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光程差在线定标方法，特别涉及一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，解决了现有方案在扫描采集参数做出机动调整时，无法实时快速获取光程差定标结果的问题。该方法特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1：采集多个波长激光通过成像系统的干涉条纹图像；步骤2：解调干涉条纹图像，计算各波长激光总光程差；步骤3：拟合得到全波段总光程差定标；步骤4：对探测目标高光谱成像测量，采集干涉图像序列并记录干涉图像总数；步骤5：干涉图像序列亚像素图像配准；步骤6：确定第一张干涉图像像素偏移量及最后一张干涉图像像素偏移量；步骤7：用公式计算各波长激光在线总光程差，拟合得到全波段在线总光程差定标。

Description

窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法
技术领域
本发明涉及一种光程差在线定标方法，特别涉及一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法。
背景技术
干涉高光谱成像技术基于信号之间的调制关系，对干涉信号进行傅里叶变换处理，可以解调得到探测目标的光谱信号。复原光谱信号需要结合实验室波长定标结果，才能确定每个复原光谱通道对应的中心波长，而波长定标则是基于对单波长光程差精确定标实现的。通常情况下，单组光程差定标结果只能对应固定的系统扫描采集参数，一旦扫描采集参数发生改变，则无法确定当前扫描采集状态下每个复原光谱通道对应的中心波长。
针对上述技术问题，现有常规的解决思路是针对每一种扫描采集状态，均进行实验室光程差定标工作，这导致实验室光程差定标过程十分复杂，进而也限制了光谱成像系统的适用性，使其无法根据现场测试情况，对扫描采集参数做出机动调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，以解决现有常规方案在扫描采集参数做出机动调整时，无法实时快速获取光程差定标结果的技术问题。
本发明所采用的技术方案是，一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1：分别以多个波长激光作为光源，采集其通过窗扫型干涉高光谱成像系统的干涉条纹图像；
步骤2：解调步骤1采集到的干涉条纹图像，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；
步骤3：根据步骤2计算得到的各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)，拟合得到全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线；
步骤4：通过所述窗扫型干涉高光谱成像系统对探测目标进行高光谱成像测量，采集干涉图像序列，并记录干涉图像序列中干涉图像总数M；
步骤5：对步骤4采集到的干涉图像序列进行亚像素图像配准；
步骤6：根据步骤5的图像配准结果，确定步骤4所述的干涉图像序列中第一张干涉图像像素偏移量S1，以及最后一张干涉图像像素偏移量SM；
步骤7：根据步骤3拟合得到的全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线、步骤4记录的干涉图像总数M、以及步骤6确定的第一张干涉图像像素偏移量S1和最后一张干涉图像像素偏移量SM，利用下列公式(1)计算各波长激光的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000021
公式(1)具体如下：
Figure BDA0002283100110000022
其中，λ为波长，N为所述窗扫型干涉高光谱成像系统的有效双边干涉信号的采样点数，C为所述窗扫型干涉高光谱成像系统的成像视场像素列数；
最后拟合得到全波段的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000023
定标曲线。
进一步地，所述步骤2是利用傅里叶变换相位解调方法对单帧激光干涉条纹图像进行相位提取解调，进而计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；或者通过解调干涉条纹图像条纹周期的方式，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)。
进一步地，为了在线定标结果更加准确，所述步骤5采用局部上采样相位相关法，通过调整上采样的尺度因子k，实现1/k像素的干涉图像配准精度，对干涉图像序列进行亚像素图像配准。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，是基于亚像素图像配准结果和单次实验室光程差定标结果，实现了扫描采集参数机动调整情况下的光程差在线定标，所需基础定标数据量少，简化了实验室定标流程，在线定标结果效率高、精度高；因此，本发明的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，解决了现有常规方案在扫描采集参数做出机动调整时，无法实时快速获取光程差定标结果的技术问题。本发明的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，适用于成像视场中光程差线性分布的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标，可在随机扫描采集参数设置情况下，完成在线总光程差定标工作，支持窗扫型干涉高光谱成像系统的光谱分辨率多尺度测量。
(2)本发明的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，优选地采用局部上采样相位相关法，对干涉图像序列进行亚像素图像配准，通过调整上采样的尺度因子k，实现1/k像素的干涉图像配准精度。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明实施例不同波长激光的干涉条纹图像；
图3是本发明实施例拟合得到的全波段的总光程差定标曲线；
图4是本发明实施例对干涉图像序列配准得到的水平方向像素偏移量图线；
图5是本发明实施例拟合得到的全波段的在线总光程差定标曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，包括以下步骤：
步骤1：分别以多个波长激光作为光源，采集其通过窗扫型干涉高光谱成像系统的干涉条纹图像；
步骤2：解调步骤1采集到的干涉条纹图像，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；
步骤3：根据步骤2计算得到的各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)，拟合得到全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线；
步骤4：通过窗扫型干涉高光谱成像系统对探测目标进行高光谱成像测量，采集干涉图像序列，并记录干涉图像序列中干涉图像总数M；
步骤5：对步骤4采集到的干涉图像序列进行亚像素图像配准；
步骤6：根据步骤5的图像配准结果，确定步骤4的干涉图像序列中第一张干涉图像像素偏移量S1，以及最后一张干涉图像像素偏移量SM；
步骤7：根据步骤3拟合得到的全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线、步骤4记录的干涉图像总数M、以及步骤6确定的第一张干涉图像像素偏移量S1和最后一张干涉图像像素偏移量SM，利用下列公式(1)计算各波长激光的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000041
公式(1)具体如下：
Figure BDA0002283100110000042
其中，λ为波长，N为窗扫型干涉高光谱成像系统的有效双边干涉信号的采样点数，C为窗扫型干涉高光谱成像系统的成像视场像素列数；
最后拟合得到全波段的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000043
定标曲线。
下面以基于双折射干涉器的窗扫型干涉高光谱成像系统为例，本实施例的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，包括以下步骤：
步骤1：分别以405nm、450nm、532nm、635nm、650nm、780nm、850nm、905nm、980nm波长激光作为光源，采集其通过窗扫型干涉高光谱成像系统的干涉条纹图像，如图2所示；
步骤2：利用傅里叶变换相位解调方法对单帧激光干涉条纹图像进行相位提取解调，进而计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)，计算得到Δmax(405)为126.417μm，Δmax(450)为123.509μm，Δmax(532)为120.544μm，Δmax(635)为118.125μm，Δmax(650)为117.849μm，Δmax(780)为116.084μm，Δmax(850)为115.340μm，Δmax(905)为114.844μm，Δmax(980)为114.231μm；除了本实施例的利用傅里叶变换相位解调方法对单帧激光干涉条纹图像进行相位提取解调，进而计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)外，也可以通过解调干涉条纹图像条纹周期的方式，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；
步骤3：根据步骤2计算得到的各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)，拟合得到全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线，如图3所示；
步骤4：通过窗扫型干涉高光谱成像系统对探测目标进行高光谱成像测量，采集干涉图像序列，并记录干涉图像序列中干涉图像总数M；在本实施例中，M为2000张；
步骤5：采用局部上采样相位相关法，通过调整上采样的尺度因子k，实现1/k像素的干涉图像配准精度，对步骤4采集到的干涉图像序列进行亚像素图像配准；除了用局部上采样相位相关法外，也可以用其它方法进行图像配准；
步骤6：根据步骤5的图像配准结果，确定步骤4的干涉图像序列中第一张干涉图像像素偏移量S1，以及第2000张干涉图像像素偏移量SM；在本实施例中S1为0.8像素，SM为1970.0像素；在水平方向，干涉图像的像素偏移量图线如图4所示；
步骤7：根据步骤3拟合得到的全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线、步骤4记录的干涉图像总数M、以及步骤6确定的第一张干涉图像像素偏移量S1和最后一张干涉图像像素偏移量SM，利用下列公式(1)计算各波长激光的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000051
公式(1)具体如下：
Figure BDA0002283100110000052
其中，λ为波长，N为窗扫型干涉高光谱成像系统的有效双边干涉信号的采样点数，C为窗扫型干涉高光谱成像系统的成像视场像素列数；在本实施例中，N为1024，C为1024；
最后拟合得到全波段的在线总光程差
Figure BDA0002283100110000053
定标曲线，如图5所示。
从上述实施例可以看出，在机动调整扫描采集参数后，在线定标的有效的光程差视场仅占用约1009个像素，与实验室定标视场对应的1024个像素不同。
本发明的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，适用于成像视场中光程差线性分布的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标，在扫描采集参数做出机动调整时，可以实时快速获取光程差定标结果，支持窗扫型干涉高光谱成像系统的光谱分辨率多尺度测量。

Claims (3)

1.一种窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分别以多个波长激光作为光源，采集其通过窗扫型干涉高光谱成像系统的干涉条纹图像；
步骤2：解调步骤1采集到的干涉条纹图像，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；
步骤3：根据步骤2计算得到的各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)，拟合得到全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线；
步骤4：通过所述窗扫型干涉高光谱成像系统对探测目标进行高光谱成像测量，采集干涉图像序列，并记录干涉图像序列中干涉图像总数M；
步骤5：对步骤4采集到的干涉图像序列进行亚像素图像配准；
步骤6：根据步骤5的图像配准结果，确定步骤4所述的干涉图像序列中第一张干涉图像像素偏移量S1，以及最后一张干涉图像像素偏移量SM；
步骤7：根据步骤3拟合得到的全波段的总光程差Δmax(λ)定标曲线、步骤4记录的干涉图像总数M、以及步骤6确定的第一张干涉图像像素偏移量S1和最后一张干涉图像像素偏移量SM，利用下列公式(1)计算各波长激光的在线总光程差
Figure FDA0002283100100000011
公式(1)具体如下：
Figure FDA0002283100100000012
其中，λ为波长，N为所述窗扫型干涉高光谱成像系统的有效双边干涉信号的采样点数，C为所述窗扫型干涉高光谱成像系统的成像视场像素列数；
最后拟合得到全波段的在线总光程差
Figure FDA0002283100100000013
定标曲线。
2.根据权利要求1所述的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，其特征在于：所述步骤2是利用傅里叶变换相位解调方法对单帧激光干涉条纹图像进行相位提取解调，进而计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)；或者通过解调干涉条纹图像条纹周期的方式，计算各波长激光采样点处在成像视场范围内的总光程差Δmax(λ)。
3.根据权利要求1或2所述的窗扫型干涉高光谱成像系统的光程差在线定标方法，其特征在于：所述步骤5采用局部上采样相位相关法，通过调整上采样的尺度因子k，实现1/k像素的干涉图像配准精度，对干涉图像序列进行亚像素图像配准。
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