[发明专利]基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，包括偏振光源发射单元（20）、扩束透镜（19）、第四准直透镜（18）、随机光学调制单元（17）、稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、束斑合成单元（13）、第一透镜（14）、偏振光分束器（15）、全反射镜（16）、光扩束准直单元（21）、光谱分光单元（22）、会聚收光单元（23）、阵列光探测器（24）和压缩计算关联模块（25）；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束反射单元包括至少三个反射镜组；一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路；

所述偏振光源发射单元（20）所发出的偏振光经扩束透镜（19）扩束、第四准直透镜（18）准直后照射到所述随机光学调制单元（17）；所述随机光学调制单元（17）加载随时间变化的散斑以对偏振光进行随机相位调制，调制后的偏振光经全反射镜（16）反射到达所述偏振光分束器（15），接着依次透过第一透镜（14）、束斑合成单元（13）、光束反射单元、自由空间准直单元、稀疏孔径单元传播到待测物体上；待测物体反射所接收到的偏振光，反向传播通过稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元，到达所述束斑合成单元（13），在所述束斑合成单元（13）上实现稀疏孔径直接成像，然后通过第一透镜（14）将稀疏孔径直接成像映射到偏振光分束器（15），所述偏振光分束器（15）将所接收到的光折射到所述光扩束准直单元（21），经扩束准直后到达光谱分光单元（22）；所述光谱分光单元（22）将光谱分光后产生的不同波长的光场强度信号通过会聚收光透镜单元（23）聚焦到线阵光探测器（24），所述线阵光探测器（24）采集不同波长的光信号，获取不同波长的测量数向量；所述随机光学调制单元（17）和线阵光探测器（24）之间同步；计算出加载在所述随机光学调制单元（17）上的随时间变化的调制散斑光场传播到物体表面上的光场分布，以得到最终测量矩阵，将所述最终测量矩阵与多个同步周期内测量得到的测量数向量传输到所述压缩计算关联模块（25），由该模块通过压缩感知计算关联算法重构反射物体的高光谱图像。

2.根据权利要求1所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元包括第一子望远镜透镜（1）、第二子望远镜透镜（2）和第三子望远镜透镜（3）；所述自由空间准直单元包括第一准直透镜（4）、第二准直透镜（5）和第三准直透镜（6）；所述光束反射单元包括由第一反射镜（7）、第二反射镜（8）组成的第一反射镜组，由第三反射镜（9）、第四反射镜（10）组成的第二反射镜组，由第五反射镜（11）、第六反射镜（12）组成的第三反射镜组；

所述第一子望远镜透镜（1）、第一准直透镜（4）、第一反射镜组形成第一光路，所述第二子望远镜透镜（2）、第二准直透镜（5）、第二反射镜组形成第二光路，所述第三子望远镜透镜（3）、第三准直透镜（6）、第三反射镜组形成第三光路。

3.根据权利要求1或2所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元中的各个子望远镜透镜的空间组合方式包括：小孔径望远镜阵列或Golay-6或Golay-9或环形或环面或三壁。

4.根据权利要求1或2所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述空间准直单元中的各个准直透镜的空间组合方式包括：准直透镜阵列组或反射式准直镜。

5.根据权利要求1或2所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述偏振光分束器（15）包括起偏器、检偏器、四分之一玻片和偏振棱镜，用于对单色光或连续谱光源实现单方向全部或部分反射，入射方向全部或部分透射；实现紫外光、可见光、近红外和红外光波段的偏振光的分束功能。

6.根据权利要求1或2所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述随机光学调制单元（17）用于实现相位调制，以模拟出负指数分布的散斑光场；所述随机光学调制单元（17）采用包括毛玻璃、液晶光阀在内的空间光调制器实现。

7.根据权利要求1或2所述的基于稀疏孔径压缩计算关联的主动高光谱成像系统，其特征在于，所述偏振光源发射单元（20）采用紫外或可见光或近红外或红外光波段的偏振光源。