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压缩编码与轴向衍射联合调制的光谱成像装置及设计方法
发布时间: 2023-10-24
基本信息
合作方式：
技术转让
成果类型：
发明专利
行业领域：
电子信息技术
成果介绍
本发明公开了一种压缩编码与轴向衍射联合调制的光谱成像装置及设计方法。成像装置包括沿光路方向依次设置前置光学系统、联合优化的编码掩膜、衍射透镜和面阵探测器。目标物体光线由前置光学系统汇聚通过编码掩膜的振幅调制后到达衍射透镜,衍射透镜将对入射光进行轴向色散,探测器接收到的是一个二维混叠图像,经基于深度学习的重构算法处理后得到待复原场景的空间光谱图像数据。本发明提供的光谱成像装置设计方法,采用深度学习网络优化光学元件和重建光谱图像,有效提高了光谱图像重构效率和质量;提供的光谱成像装置结构紧凑,一次曝光即可获得目标的多光谱图像,实时性强,适用于动态或瞬态目标场景。
成果亮点
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种在单个积分周期内获得多个波段光谱图像的快照式多光谱成像装置及其设计方法，有效提高光谱图像重构效率和质量，且在高效获得多光谱图像的同时装置的结构更简单紧凑。
实现本发明目的的技术的技术方案是提供一种压缩编码与轴向衍射联合调制的光谱成像装置的设计方法，包括如下步骤：
1.建立光谱成像装置的光学系统模型和光谱图像重构模型；所述的光学系统模型为共光轴结构，沿光路方向依次包括前置中继物镜、编码掩膜、衍射透镜及面阵传感器；前置光学系统的后焦面与衍射透镜的前焦面重合，编码掩膜置于它们的重合焦面处；面阵探测器位于衍射透镜的后焦面处，接收的调制图像输入光谱图像重构模型；
所述编码掩膜采用低秩矩阵分解方法构建，将分辨率为N×N的编码孔径分解为两个秩为n的N维子矩阵，编码掩膜为2个秩为n的N维子矩阵相乘，n为N/120～N/80的整数；
所述衍射透镜的面型高度采用一维旋转对称方法构建，按半径长度的径向高度绕其一端旋转一周得到；
团队介绍
发明人：
马锁冬 沈贤蒙 王俊学 苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家航天局共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更复名苏州大学（Soochow University）。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：- (-) 评价时间：2023-11-14
刘全
苏州大学
教授
综合评价
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.采用优化的编码孔径和单个衍射元件代替传统装置中棱镜组实现成像和色散，使装置轻量化与小型化，一次曝光即可获得目标的多光谱图像，适用于动态或瞬态目标场景。
2.分别通过低秩矩阵分解和一维旋转的方法设计编码孔径和衍射透镜，在保证对目标场景进行有效调制的前提下大大降低了优化所需的计算量，同时使用深度学习网络优化光学元件和重建光谱图像，相比于传统算法提高了光谱图像重构效率和质量。
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