CN111443045A - 光谱成像分析系统及光谱成像分析方法 - Google Patents

光谱成像分析系统及光谱成像分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光谱成像分析系统及其成像分析方法，光谱成像分析系统包括成像透镜阵列、光计算芯片和图像传感器；成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；光计算芯片包括起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，光计算芯片先通过起偏振器偏振处理，后通过液晶相位延迟器阵干涉处理，以获得入射光谱和产生一组基频与谐波，液晶相位延迟器阵列根据基频和谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过检偏振器检测入射光谱的偏振干涉态信息；图像传感器生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据光谱回归函数计算出入射光谱的物质物理化学量信息。与相关技术相比，本发明实现了对动态目标进行实时全光谱成像和光谱分析。

Description

光谱成像分析系统及光谱成像分析方法
【技术领域】
本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种光谱成像分析系统及光谱成像分析方法。
【背景技术】
光谱成像技术通常用于物质成分及组分分析，光谱成像技术可获得物质轮廓纹理信息，光谱分析和成像相结合的光谱成像分析系统可测得图像每个像素的对应物质的化学成分，可在复杂背景下检测和识别高价值目标。
在相关技术中，基于液晶可调谐滤波器、声光调谐滤波器分光的凝视式光谱成像分析系统采用可编程调谐的滤光片进行光谱分光，一次采集一个窄带光谱图像，分时多次采集完成图像每像素的光谱拼接，且对各波段图像需要像素级的配准以获得光谱图像数据；基于光栅分光的推扫式光谱成像分析系统通过光栅的缝隙将目标切割成多条线目标，通过推扫的方式获取多条线目标的光谱数据，且同一线目标上各点的光谱信息是同时采集的，最后将多条线目标的光谱信息进行拼接以获得观察目标光谱图像数据；快照式光谱成像分析系统通常把多个像素分为一组，组合成一个“光谱像素”，在“光谱像素”的每个像素镀上特定波长的窄带滤光材料，获取多个波段的光谱信息。
但凝视式、推扫式或快照式的光谱成像分析系统均需要利用光谱图像数据处理软件对光谱数据进行分析，提取各像素光谱曲线，建立目标光谱与物质物理化学量信息的回归模型，才能进对图像中各像素对应的物质进行光谱分类或识别。
然而，相关技术中，凝视式和推扫式的光谱成像分析系统需要进行光谱扫描，光谱扫描耗时，且光谱数据分析所需的大容量数据传输和大规模计算也需要较长时间，另外还要求在光谱扫描过程中目标保持固定的空间位置，难以处理空间位置发生变化的运动目标，适用性差，难以进行动态目标实时光谱成像分析；而快照式光谱成像分析系统对光谱数据分析的过程需要耗费的时间较长，亦难以进行实时光谱成像分析。
因此，实有必要提供一种新的光谱成像分析系统及光谱成像分析方法解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种光谱成像分析系统及光谱成像分析方法，以解决难以对动态目标进行实时分析的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种光谱成像分析系统，所述光谱成像分析系统沿光入射方向依次包括：
成像透镜阵列，所述成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；
光计算芯片，所述光计算芯片的焦面在所述成像透镜阵列的焦面上，所述光计算芯片包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，所述起偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列靠近所述成像透镜阵列的一侧，所述检偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列远离所述成像透镜阵列的一侧，所述光计算芯片接收所述原始图像，并通过所述起偏振器对所述原始图像进行偏振处理，再通过所述液晶相位延迟器阵列对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，所述液晶相位延迟器阵列根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过所述检偏振器检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；以及，
图像传感器，所述图像传感器接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。
优选的，所述起偏振器的偏振方向与所述液晶相位延迟器阵列的光轴方向之间的夹角为45°。
优选的，所述检偏振器包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域的偏振方向与所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为45°，所述第二区域的偏振方向与的所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为135°。
优选的，所述光计算芯片还包括设置于所述液晶相位延迟器阵列与所述检偏振器之间的固定相位延迟片，所述固定相位延迟片用于对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000031
的干涉处理。
优选的，所述成像透镜阵列包括多个呈阵列分布的透镜单元，所述液晶相位延迟器阵列包括多个呈阵列分布的液晶单元，所述液晶单元与所述透镜单元一一对应设置；一个所述透镜单元获取一个所述原始图像，一个所述液晶单元对与其对应的所述透镜单元所获取的所述原始图像进行干涉处理以获得一个所述入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波。
本发明提供一种光谱成像分析方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，获取待测目标的原始图像；
步骤S2，对所述原始图像进行偏振处理，对偏振后的所述原始图像进行可调相位延迟量的干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数；其中，可通过调节驱动电压的大小调节所述可调相位延迟量的大小，进而调整所述入射光谱的偏振干涉态并重构所述光谱回归函数；
步骤S3，检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；
步骤S4，利用压缩光学传感算法对所述入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；
步骤S5，判断环境光与光谱图像序列之间的响应状态是否发生变化，若是，则根据判断结果实时调节所述驱动电压的大小以调节所述可调相位延迟量的大小，并返回所述步骤S2。
优选的，在所述步骤S2中还包括：对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000041
的干涉处理。
优选的，所述原始图像包括多个，多个所述原始图像含有相同的空间信息，一个所述原始图像经过偏振干涉处理后生成一个所述入射光谱。
本发明提供一种光谱成像分析系统，其包括处理器以及存储器，所述存储器中存储有用于所述处理器执行的控制程序，其中，所述控制程序被所述处理器执行时实现本发明所述的光谱成像分析方法的步骤。
本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的光谱成像分析系统的步骤。
与相关技术相比，本发明的光谱成像分析系统和光谱成像分析方法中，通过光计算芯片对待测目标的原始图像进行偏振干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，同时根据干涉处理后获得的一组与入射光谱对应的基频与谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，图像传感器利用压缩光学传感算法对入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据光谱回归函数对入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；上述结构和方法中，在图像传感器中同时通过压缩光学传感算法计算出目标的光谱图像序列和通过可重构的光谱回归函数对入射光谱进行光谱数据分析以获得目标的物质物理化学量信息，此处，即把光谱成像和光谱回归分析相融合，使目标在通过光谱成像分析系统的成像过程中，使得光谱图像信息的采集和分析能够同时完成，实现了对动态目标实时的高灵敏度的全光谱成像分析，另外，光谱回归函数可以根据实际应用的需求进行实时的调整，并利用可编程光计算器件，根据环境光及系统光谱响应实时构建光计算所需的透过谱线，具有优良的光环境适应能力，适用性强。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图，其中：
图1为本发明光谱成像分析系统的立体结构示意图；
图2为本发明光计算芯片的结构示意图；
图3为本发明光谱成像分析系统的流程示意图；
图4为本发明的构建的正、余弦函数示意图；
图5为本发明的光谱回归函数的光学构建示意图。
【具体实施方式】
下面将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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请同时参阅图1-5所示，本发明提供一种光谱成像分析系统100，其沿光入射方向依次包括成像透镜阵列1、光计算芯片2以及图像传感器3。
所述成像透镜阵列1用于获取待测目标4的原始图像。
在本实施方式中，所述成像透镜阵列1包括多个呈阵列分布的透镜单元11，所述透镜单元11的具体数量可以根据实际应用的需要进行具体的设置，其中，一个透镜单元11能够获取一个原始图像。
所述光计算芯片2的焦面在所述成像透镜阵列1的焦面上，用于获取所述原始图像，并对所述原始图像进行计算处理以获得入射光谱以及构建与该入射光谱对应的光谱回归函数。
在本实施方式中，所述光计算芯片2包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器21、液晶相位延迟器阵列22和检偏振器23；更优的，在其他的实施方式中，所述光计算芯片2还包括设置于所述液晶相位延迟器阵列22与所述检偏振器23之间的固定相位延迟片。
所述起偏振器21和所述检偏振器23均为偏振片，所述起偏振器21位于所述液晶相位延迟器阵列22靠近所述成像透镜阵列1的一侧，其用于对所述原始图像进行偏振处理；所述液晶相位延迟器阵列22用于对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，且所述液晶相位延迟器阵列22根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数；所述检偏振器23位于所述液晶相位延迟器阵列22远离所述成像透镜阵列1的一侧，其用于检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；在设置固定相位延迟片的实施例当中，该固定相位延迟片用于对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000061
的干涉处理。
进一步的，所述起偏振器21的偏振方向D1与所述液晶相位延迟器阵列22的光轴方向D2之间的夹角为45°，所述检偏振器23包括相互连接的第一区域231和第二区域232，所述第一区域231的偏振方向D3与所述液晶相位延迟器22的光轴方向D2之间的夹角为45°，所述第二区域232的偏振方向D4与的所述液晶相位延迟器22的光轴方向D2之间的夹角为135°。
值得一提的是，所述液晶相位延迟器阵列22包括多个呈阵列分布的液晶单元221，所述液晶单元221与所述透镜单元11一一对应设置，即所述液晶单元221的数量及其空间位置均与所述透镜单元11的数量及空间位置对应设置；其中，一个所述液晶单元221相当于构建了一个“光谱像素”，而各所述液晶单元221用于对与其对应的所述透镜单元11所获取的所述原始图像进行干涉处理以获得一个入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波。
所述图像传感器3接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息，该物质物理化学量信息至少包括轮廓纹理信息、物质成分信息以及各组分信息中的任意一种。
本发明还提供一种应用于上述光谱成像系统100的光谱成像分析方法，其包括以下步骤：
步骤S1，获取待测目标的原始图像。
在所述步骤S1中，通过所述透镜成像阵列1获取所述待测目标4的所述原始图像，更具体的，通过所述透镜成像阵列1的多个透镜单元11获取多个原始图像，多个所述原始图像含有相同的空间信息。
步骤S2，对所述原始图像进行偏振处理，对偏振后的所述原始图像进行可调相位延迟量的干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数；其中，可通过调节驱动电压的大小调节所述可调相位延迟量的大小，进而调整所述入射光谱的偏振干涉态并重构所述光谱回归函数。
在所述步骤S2中，所述透镜成像阵列1获取的所述原始图像成像于所述光计算芯片2的焦面上，所述光计算芯片2首先通过所述起偏振器21对所述原始图像进行偏振处理，然后通过所述液晶相位延迟器阵列22对所述镜成像阵列1所获取的多个所述原始图像进行可调相位延迟量的干涉处理以获得多个所述入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波，更具体的，一个所述液晶单元221处理一个与其对应的透镜单元11所获取的所述原始图像进行干涉处理以获得一个入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波，同时，通过所述液晶相位延迟器阵列22根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数。在实际应用中，为了能够使该光谱成像系统100能够具有优良的光环境适应能力，提高其适用性，可以根据实际的待测目标4实际所处的光环境状态对所述液晶相位延迟器阵列22的驱动电压的大小进行调节，从而调节所述可调相位延迟量的大小，进而调整所述入射光谱的偏振干涉态并重构所述光谱回归函数。
更优的，在其他增设了固定相位延迟片的实施方式中，在所述步骤S2中还包括以下步骤：通过所述固定相位延迟片对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000071
的干涉处理，该步骤发生在所述检偏振器23检测所述入射光谱的偏振干涉态信息的步骤之前；由于所述固定相位延迟片的引入，使得所述检偏振器23检测到入射光谱的相位延迟量增大了
Figure BDA0002467471210000072
步骤S3，检测所述入射光谱的偏振干涉态信息。
在所述步骤S3中，所述光计算芯片2通过所述检偏振器23检测所述入射光谱的偏振干涉态信息。
步骤S4，利用压缩光学传感算法对所述入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。
在所述步骤S4中，所述图像传感器3利用压缩光学传感算法对多个所述入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，同时，所述图像传感器3根据所述光谱回归函数分别对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。
步骤S5，判断环境光与光谱图像序列之间的响应状态是否发生变化，若是，则根据判断结果实时调节所述驱动电压的大小以调节所述可调相位延迟量的大小，并返回所述步骤S2。
在上述过程中，还需要说明的是光谱回归函数的构建和重建过程，具体如下：
(1)、余弦函数、正弦函数光学构建与重构
液晶相位延迟器阵列22的一个液晶单元221，使所述可调相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000081
当起偏振器21与检偏振器23平行时，入射光谱的透射光强为：
Figure BDA0002467471210000082
其中ν为波数。
液晶相位延迟器阵列22的另一液晶单元221，使之相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000083
当起偏振器21与检偏振器23垂直时，入射光谱透射光强为：
Figure BDA0002467471210000084
则两个单元对应的空间位置透射光强的差为：
Figure BDA0002467471210000091
具体请同时参阅图4，即通过液晶相位延迟器阵列22的两个液晶单元221组合可构建一个余弦函数。
在液晶相位延迟器阵列22上增加固定相位延迟片，即引入固定相位延迟
Figure BDA0002467471210000092
对于相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000093
的液晶单元221，对应起偏振器21与检偏振器23偏振方向垂直、起偏振器21与检偏振器23偏振方向平行的偏振干涉透射光强分别为:
Figure BDA0002467471210000094
则两个区域的差为:
Figure BDA0002467471210000095
即通过增加固定相位延迟
Figure BDA0002467471210000096
具体请同时参阅图4，两个液晶单元221的组合可构建一个正弦函数。
两个检偏方向相互垂直的液晶单元221的
Figure BDA0002467471210000097
组合成一个cos(δνπ)基频。
在液晶相位延迟器阵列22上增加固定相位延迟片的实施例中，两个检偏方向相互垂直的液晶单元221增加固定相位延迟片后，
Figure BDA0002467471210000098
Figure BDA0002467471210000099
组合成一个sin(δνπ)基频。
由于液晶相位延迟器阵列22的的相位延迟量
Figure BDA00024674712100000910
可由驱动电压改变，cos(δνπ)、sin(δνπ)可以通过改变驱动电压来重构。
(2)、谐波函数光学构建与重构
液晶相位延迟器阵列22各单元相位延迟量由液晶厚度d和液晶双折射率差Δr之积确定，使液晶相位延迟器阵列22各液晶单元221的相位延迟量为
Figure BDA0002467471210000101
该液晶相位延迟量随电压增大而减小，调节电压，使各单元透过光强分别为：
cos(δv)、sin(δv)、cos(2δv)、sin(2δv)、cos(3δv)、sin(3δv)、......、cos(kδν)、sin(mδv)，其中n为自然数且n<m。即可以调节液晶相位延迟器阵列22的驱动电压可以得到正弦和余弦正交的基频和谐波函数序列，该函数序列可作为回归函数的傅里叶级数的正交频率分量，线性组合成所需的光谱回归函数。
由于液晶相位延迟器阵列22的相位延迟量可以由驱动电压来调节，基频和谐波函数序列cos(δv)、sin(δv)、cos(2δν)、sin(2δv)、cos(3δv)、sin(3δν)、......、cos(kδv)、sin(mδv)在液晶单元221的工作范围内任意调节，即可以通过改变驱动电压来重构所需的光谱回归函数。
(3)、光谱回归函数光学构建
若所述待测目标4含有M个组分，各组分的物理化学参量为c1、c2、……、cM，M为自然数，测得的对应的光谱为f1(v)→[a11,a12,...,a1N]
f2(v)→[a21,a22,...,a2N]
...
fM(v)→[aM1,aM2,...,aMN]
其中，N为自然数，与光谱采样分辨率相关。建立光谱与物质物理化学参量关系：
a11x1+a12x2+...+a1NxN＝c1
a21x1+a22x2+...+a2NxN＝c2
......
aM1x1+aM2x2+...+aMNxN＝cN
X(ν)→[x1,x2,...,xN]为光谱回归函数，积分形式为：
Figure BDA0002467471210000102
光谱回归函数X(v)可以用傅里叶级数来表达，其中v表示波数，即：
Figure BDA0002467471210000111
Figure BDA0002467471210000112
Figure BDA0002467471210000113
Figure BDA0002467471210000114
当基频cos(δv)、sin(δv)在光谱分析波长范围内有一个周期时，若n值较大时，例如n＝20，由基频和谐波组成的近似的光谱回归函数为：
Figure BDA0002467471210000115
Figure BDA0002467471210000116
Figure BDA0002467471210000117
Figure BDA0002467471210000118
Figure BDA0002467471210000119
可以充分逼近X(v)，即用液晶相位延迟器阵列22的有限的n个液晶单元221偏振干涉产生的基频与谐波光强函数，详细如图4所示，可以以高精度构建光谱回归函数，分别用4×4、6×4、8×4、10×4、12×4数量的液晶单元221偏振干涉产生的基频与谐波光强函数，当液晶单元221的数量达到48时，基频和有限的谐波组合的函数可以以高精度表达光谱回归函数。
(4)、光计算
待测目标4的光谱序列fi(v)的光谱回归函数
Figure BDA00024674712100001110
由光计算芯片2构造。在实际应用中，光源光谱S(v)、镜头光谱L(v)、图像传感器量子效率Q(v)，可用光纤光谱仪、分光光度计等光谱测量仪器测得。
在成像光路中加入光计算芯片2，则待测目标4中各组分fi(v)的成像可以表示为：
Figure BDA0002467471210000121
令Fi(v)＝fi(v)S(v)L(v)Q(v)，有
Figure BDA0002467471210000122
则光学成像过程即是回归分析的积分过程，积分值为图像传感器3获得的图像灰度值。把经过光计算芯片2的光学成像过程称为光计算光谱成像。可根据回归模型、光源、光学成像镜头及传感器光谱响应来设计。
(5)、光计算芯片重构
环境光或成像系统发生变化，或待测目标4的光谱性质改变，驱动光计算芯片2构建新的光谱回归函数：
Figure BDA0002467471210000123
光计算芯片2的滤波函数也发生变换。根据感兴趣的光谱范围，选择基频，驱动液晶，并计算出系数后，通过调整图像传感器3的各区域图像灰度值，组合成新的滤波函数。
本发明提供一种光谱成像分析系统，其包括处理器以及存储器，所述存储器中存储有用于所述处理器执行的控制程序，其中，所述控制程序被所述处理器执行时实现本发明所述的光谱成像分析方法的步骤。
本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的光谱成像分析系统的步骤。
与相关技术相比，本发明的光谱成像分析系统和光谱成像分析方法中，通过光计算芯片对待测目标的原始图像进行偏振干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，同时根据干涉处理后获得的一组与入射光谱对应的基频与谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，图像传感器利用压缩光学传感算法对入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据光谱回归函数对入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；上述结构和方法中，在图像传感器中同时通过压缩光学传感算法计算出目标的光谱图像序列和通过可重构的光谱回归函数对入射光谱进行光谱数据分析以获得目标的物质物理化学量信息，此处，即把光谱成像和光谱回归分析相融合，使目标在通过光谱成像分析系统的成像过程中，使得光谱图像信息的采集和分析能够同时完成，实现了对动态目标实时的高灵敏度的全光谱成像分析，另外，光谱回归函数可以根据实际应用的需求进行实时的调整，并利用可编程光计算器件，根据环境光及系统光谱响应实时构建光计算所需的透过谱线，具有优良的光环境适应能力，适用性强。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光谱成像分析系统，其特征在于，其沿光入射方向依次包括：
成像透镜阵列，所述成像透镜阵列获取待测目标的原始图像；
光计算芯片，所述光计算芯片的焦面在所述成像透镜阵列的焦面上，所述光计算芯片包括沿所述光入射方向依次设置的起偏振器、液晶相位延迟器阵列和检偏振器，所述起偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列靠近所述成像透镜阵列的一侧，所述检偏振器位于所述液晶相位延迟器阵列远离所述成像透镜阵列的一侧，所述光计算芯片接收所述原始图像，并通过所述起偏振器对所述原始图像进行偏振处理，再通过所述液晶相位延迟器阵列对偏振后的所述原始图像进行干涉处理以获得入射光谱且同时产生一组与所述入射光谱对应的基频与谐波，所述液晶相位延迟器阵列根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数，通过所述检偏振器检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；以及，
图像传感器，所述图像传感器接收所述入射光谱，利用压缩光学传感算法生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息。
2.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述起偏振器的偏振方向与所述液晶相位延迟器阵列的光轴方向之间的夹角为45°。
3.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述检偏振器包括相互连接的第一区域和第二区域，所述第一区域的偏振方向与所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为45°，所述第二区域的偏振方向与的所述液晶相位延迟器的光轴方向之间的夹角为135°。
4.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述光计算芯片还包括设置于所述液晶相位延迟器阵列与所述检偏振器之间的固定相位延迟片，所述固定相位延迟片用于对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure FDA0002467471200000021
的干涉处理。
5.根据权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述成像透镜阵列包括多个呈阵列分布的透镜单元，所述液晶相位延迟器阵列包括多个呈阵列分布的液晶单元，所述液晶单元与所述透镜单元一一对应设置；一个所述透镜单元获取一个所述原始图像，一个所述液晶单元对与其对应的所述透镜单元所获取的所述原始图像进行干涉处理以获得一个所述入射光谱和一组与该入射光谱对应的所述基频与所述谐波。
6.一种光谱成像分析方法，其特征在于，所述光谱成像分析方法包括以下步骤：
步骤S1，获取待测目标的原始图像；
步骤S2，对所述原始图像进行偏振处理，对偏振后的所述原始图像进行可调相位延迟量的干涉处理以获得入射光谱和一组与该入射光谱对应的基频与谐波，根据所述基频和所述谐波构建该入射光谱的光谱回归函数；其中，可通过调节驱动电压的大小调节所述可调相位延迟量的大小，进而调整所述入射光谱的偏振干涉态并重构所述光谱回归函数；
步骤S3，检测所述入射光谱的偏振干涉态信息；
步骤S4，利用压缩光学传感算法对所述入射光谱进行计算处理以生成一组含有空间信息和偏振干涉态信息的光谱图像序列，并根据所述光谱回归函数对所述入射光谱进行光谱分析处理以计算出与该光谱图像序列对应的物质物理化学量信息；
步骤S5，判断环境光与光谱图像序列之间的响应状态是否发生变化，若是，则根据判断结果实时调节所述驱动电压的大小以调节所述可调相位延迟量的大小，并返回所述步骤S2。
7.根据权利要求6所述的光谱成像分析方法，其特征在于，所述原始图像包括多个，多个所述原始图像含有相同的空间信息，一个所述原始图像经过偏振干涉处理后生成一个所述入射光谱。
8.根据权利要求6所述的光谱成像分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中还包括：对所述入射光谱进行相位延迟量为
Figure FDA0002467471200000031
的干涉处理。
9.一种光谱成像分析系统，其特征在于，所述光谱成像分析系统包括处理器以及存储器，所述存储器中存储有用于所述处理器执行的控制程序，其中，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上权利要求6至8中任一项所述的光谱成像分析方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上权利要求6至8中任一项所述的光谱成像分析系统的步骤。
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