[发明专利]一种图像光谱探测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光谱应用、光谱成像技术、显微光谱及图像探测领域，更具体地,涉及一种图像光谱探测方法及系统。

背景技术

光谱探测与分析技术具有无接触、无损伤的优点，能够检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标，是自然科学中一种日趋重要的研究手段。

光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。因此将两者结合，产生光谱成像学科。光谱成像数据是图谱合一的海量数据源，它同时包含了图像信息和光谱信息，能够给出各个波段上每个像素的光谱强度数据，而且光谱分辨率较高。光谱成像技术可分为三类：多光谱成像、高光谱成像和超光谱成像技术，它们的光谱分辨率呈指数增长。

早在20世纪60年代，学者就提出了多光谱成像技术，不过该技术只能简单探测可见光和近红外区域几个波段，光谱分辨率只有Δλ/λ=0.1数量级。1983年美国喷气推进实验室研制出第一台高成像光谱仪（AIS-1）, 其光谱分辨率达到Δλ/λ=0.01数量级，之后国内外对高光谱的研究日趋成熟。最杰出的超光谱成像仪首推美国著名的TRW公司研制代号为trwis-3的超光谱成像仪，它的波段范围很宽，从0.4um到2.5um，具有384个连续光谱通道。然而想要实现分辨率高达Δλ/λ=0.001量级的超光谱成像仪还需要研究人员更进一步的努力。

光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力，还具有图像分辨能力，利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析，而且还能进对其进行定位分析。所以光谱成像技术主要应用于遥感观测领域，如进行地质矿物识别填图研究、植被生态及军事目标识别等。

但是成像光谱需要保存数据十分庞大，而且在很多实际应用中，我们只需要定点测量光谱，并不需要对图像中的每个像素点进行光谱测量，只需要对图像的感兴趣的一个或者几个像素区域进行光谱测量，这主要体现在纳米材料科学、细胞生物学、临床医学、表面发射率等光谱应用领域。

发明内容

为了克服现有光谱成像存在的技术问题，本发明提出了一种图像光谱探测方法，用于对图像中任意一个或几个感兴趣的像素区域进行光谱测量分析探测，采用该测量方法能够弥补传统光谱成像技术对全部像素都需要进行光谱测量，导致需要较大存储空间及大数据处理所带来的不足。

本发明的又一目的是提出一种图像光谱探测系统。

为了解决上述不足，本发明的技术方案为：

一种图像光谱探测方法，实现了图像光谱探测的目的，可将光谱探测与图像探测相融合，包括以下步骤：

S1.在探测初始时刻，设置DMD数字微镜元件中的微镜处于“关”状态；

入射图像信号透过成像透镜组形成入射光信号进入DMD数字微镜元件；其反射光信号通过成像透镜成像到面阵CCD相机表面，形成图像信息并在计算机中显示；

S2.从计算机显示的图像中选择感兴趣的像素点，从而控制DMD数字微镜元件中相应的微镜处于“开”状态，其“开”状态的持续时长为t_on；在持续时长t_on内，入射到DMD数字微镜元件的光信号反射到会聚透镜，会聚到光纤耦合器，耦合进入光纤，并传送到光纤光谱仪中进行光谱测量；

S3. t_on后将切换DMD数字微镜元件中的微镜至“关”状态，“关”状态的持续时长为t_off，在持续时长t_off内入射光信号反射进入面阵CCD相机，形成图像信号；跳转至步骤S2重复；使之被选中的像素点在光谱测量的时候能同时以图像信息显示；

S4.设置光纤光谱仪的积分时间，完成光谱测量，并同步显示光谱图与图像信号。

本发明提出了图像光谱的概念，即光谱探测与图像探测相融合，能够快速成像，主要是对图像中感兴趣的任意一个或几个像素区域进行光谱测量。与传统光谱成像技术相比，该方法无需光谱维的扫描，只需对特定像素区域的光谱进行探测，不仅提高了单次探测速度，还能将光谱分辨率提高到Δλ/λ=0.0001数量级，且图像光谱技术易于实现。上述DMD数字微镜元件还可采用类似功能的MEMS器件替代。

优选的，步骤S2中，在图像中选择感兴趣的像素点的同时确定DMD数字微镜元件中相应的微镜都处于“开”状态，持续时长t_on与每帧时间T之比为R，即DMD数字微镜元件中的微镜处于“开”状态的持续时长t_on=R×T；DMD数字微镜元件中的微镜处于“关”状态的持续时长t_off=(1-R)×T。