[发明专利]一种基于哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法。

背景技术

目前常见的成像光谱仪有色散型、滤光片型、干涉型和计算层析型等。应 用于哈达码变换原理的光谱仪主要是色散型，色散型又可以分为基于棱镜和光 栅等形式，其中以采用光栅的色散型成像光谱仪最为突出。作为光栅色散型成 像光谱仪具有原理简洁、性能稳定等优点，但其能量利用率低的致命弱点严重 阻碍着他们的进一步发展，而基于哈达码变换色散型成像光谱仪正是解决这一 难题的有效手段。

本发明所涉及的哈达玛光谱仪是瞄准天基目标捕获系统开展的研究工作。 其应用到太空中，主要实现对人造天体的捕获和对不同人造天体目标的辨识； 应用到科学研究，主要能够完成对太空碎片分类。多谱段自适应光谱仪原型样 机是在方案论证的基础上进一步开展的研究工作。参考专利《一种哈达玛变换 成像光谱仪》，专利号：200910022956.0，公开号：CN101571421A。本专利对多 谱段自适应光谱仪原型样机的光机系统设计、成像电路设计及光谱数据处理进 行了详细说明。

发明内容

为了解决现有的光谱仪利用率低的技术问题，本发明目的是提供一种基于 哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法。

本发明的技术解决方案：

一种基于哈达玛变换成像光谱仪的光谱复原方法，其特殊之处在于：包括 以下步骤：

步骤1]：组装光谱仪：连接第一激光器、成像仪、采集卡和计算机，装调 好激光器使其能照射进成像仪镜筒；

步骤2]：给数字微镜器件DMD进行4n-1(n为自然数)阶哈达玛编码，得到 相应的当前循环矩阵；

步骤3]：采集数据：包括以下步骤：

数字微镜器件DMD依次加载4n-1阶当前循环矩阵的第一行至第4n-1行，采 集保存得到4n-1幅图像；

步骤4]：取采集到的4n-1幅图像的第一幅图像，取第一图像可视区域内水 平平分线的任意一点(i，j)(i，j为自然数)值y¹，然后依次取第二幅至4n-1 幅图像的(i，j)点的值，依次排列形成一个4n-1行的列向量；即{[y¹ y²y³ ……y^(4n-1)]^T}

步骤5]：用当前循环矩阵的逆矩阵乘以步骤4]所得到的列向量，得到一个 光谱值列向量，光谱值列向量的元素值即为对应波长相对光谱强度；

步骤6]：以波长为横坐标，以相对光谱强度为纵坐标绘制光谱曲线，并找 出波峰所对应的波长位置；

步骤7]：判读步骤6]中至少有一个波峰所对应的波长位置是否与所用激光 器的波长相近，即是否满足式1：

其中：y-所用激光器的波长，x-光谱曲线波峰所对应的波长位置，仪器最 大最小波长是指所用成像仪所能覆盖的光谱波长上限与下限；

如果满足式1，则执行步骤8]；

如果不满足式1，则执行步骤9]；

步骤8]：观察光谱曲线是否有两个或多个相等的峰值，也就是波峰所对应 的波长x值是否唯一，并判断|y-x|与的关系：

如果x值不唯一，或那么定义当前循 环矩阵为备用矩阵，执行步骤10]；

如果x值唯一，并且有那么当前循环 矩阵就是复原矩阵，则执行步骤11]；

步骤9]取循环矩阵第二行为首行，其它行依次排列，第一行换到最后一行， 形成循环矩阵，以循环矩阵作为当前循环矩阵，重复步骤5]，步骤6]，步骤7]；

步骤10：换波长不同的第二激光器(波长需在仪器覆盖波长范围之内)，上 述步骤中确定的备用矩阵为当前循环矩阵，重复步骤3]、4]、5]、6]、7]；

步骤11]：取水平平分线上的另外一点重复步骤4]、5]、6]、7]直至得到该水 平平分线上所有像素点所对应的复原矩阵。

由哈达码编码的原理知道编码后采集到的图像的同一列像素所用的复原矩 阵相同，所以知道了水平平分线像素点的复原矩阵相当于知道了整幅图像的复原 矩阵。这些复原矩阵就是光谱仪在工程实践中探测所需要的目标时，用于复原目 标点的光谱所使用的矩阵即：X＝S^-1gY；其中X表示目标物光谱相对强度，S表 示复原矩阵，Y表示采集的编码图像。

n＝2。