[发明专利]基于可调谐的光谱重构方法

说明书

本发明公开了一种基于可调谐的光谱重构方法，该光谱重构方法为了减少数据量，采用10条膜系进行光谱重构；具体重构过程如下：设计膜系的透过率曲线，并进行加工，复测与拟合；选用适合实验的探测器型号；对单色光源进行标定获得标准光谱曲线，波长范围为400‑900nm；获取10条膜系的灰度图像，并进行光谱重构。本发明提供的光谱重构方法所得光谱重构精度ARE为0.0523，对比国内外研究结果，在使用膜系数量较少的前提下，重构精度达到了同一量级，实现了数据降维，易于工程化。

技术领域

本发明属于高光谱技术领域，尤其涉及一种基于可调谐的光谱重构方法。

背景技术

近十年以来，高光谱技术被广泛运用于各种航天器中，在对地观测，深空探测等领域起着巨大作用。现阶段，光谱仪的研制方向越来越倾向于小型化、轻量化与智能化，这就造成光谱信息数据量较之前大大减小，这对光谱重构造成了一定的困难。

光谱重构工作原理很早就被有关学者提出，其原理图如图1所示。

当目标光谱通过光学系统后，透过在探测器前端的膜系后，由探测器可得到各个膜系的灰度值。这种关系可用数学表达式A*X＝B描述，其中A代表膜系透过率函数H(λ)与探测器量子效率R(λ)的乘积，X(λ)为探测目标的光谱信息，B为经不同膜系调制后的光强，即灰度值。

所以光谱重构问题本质上是一个如何精确解算出X值的数学问题。当没有任何误差时，光谱信息X值可以用简单的求逆来进行解算。但由于在实际工程中，存在许多误差。最典型的误差有三种：A的误差，即膜系的加工误差与探测器的量子效率误差。杂散光引起的误差、实验光源误差。这些误差使得A*X＝B是一个病态方程，无法准确的计算出目标的光谱信息，针对这一系列问题，国内外学者对于X的求解提出了许多方法，比如奇异值分解法、伪逆法等。

近些年来，国内外研究人员的工作大多围绕人工智能展开，提出了字典学习，岭回归等算法。但这些算法都有一定的局限性，最突出的是数据量较大，所用的膜系大都在200条左右，无法满足航天遥感光谱仪小型化的需求。因此，在光谱重构过程中减少数据量与提高数据的准确性成为光谱重构领域工作的重点。

发明内容

本发明为了减少数据量，采用10条膜系进行光谱重构。重构过程如下：

1、设计膜系的透过率曲线，并进行加工，复测与拟合；

2、选用适合实验的探测器型号；

3、对单色光源进行标定获得标准光谱曲线，波长范围为400-900nm；

4、获取10条膜系的灰度图像，并进行光谱重构。

具体的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

提供一种基于可调谐的光谱重构方法，包括以下步骤：

步骤1：用傅里叶拟合设计好的透过率曲线，得出10条膜系的关于波长的透过率函数H(λ)；

步骤2：选用适合实验的可见光探测器型号，拟合所述可见光探测器的量子效率曲线，得出关于波长的量子效率函数R(λ)；

步骤3：在400-900nm范围内由H(λ)×R(λ)＝A(λ)，得出膜系透过率函数A(λ)；

步骤4：求出10条膜系灰度图像的灰度值B，B为10x1的矩阵；

步骤5：将A(λ)在400-900nm波长范围内整体进行积分，求出10个整体均值mean_i

将A(λ)在400-900nm范围内根据波长均分10份，得出10x10矩阵A；

步骤6：在解算光谱信息时，采用凸优化的方式来求解，并建立数量较少且有效的约束，得出10个X值；