[发明专利]一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法

权利要求书

1.一种高光谱成像系统，其特征在于，该系统包括：分光元件、图像传感器和数据处理单元；所述数据处理单元包括：通信模块、谱段开窗索引模块、成像参数记录模块、传感器驱动控制模块、图像数据接收模块、谱段可重构TDI模块和数据输出模块；所述分光元件贴合在所述图像传感器表面，光线进入所述分光元件后实现透光波长渐变，所述图像传感器根据波长选择通过不同的窗口进行曝光成像和读出；所述通信模块完成成像指令，接收解析和状态信息组帧发送；谱段开窗索引模块预存了分光元件全部透光波长投影位置的标定结果，当接收谱段选择指令后依据指令参数完成所述图像传感器开窗位置大小的索引；成像参数记录模块对FLASH进行读写操作，实现谱段选择执行结果、图像传感器开窗位置大小、不同谱段积分级数、曝光时间、增益的成像参数的记录保存以及上电自动读取功能；传感器驱动控制模块依据图像传感器开窗设置参数生成图像传感器驱动时序，完成所需谱段对应窗口的曝光成像；图像数据接收模块接收图像传感器输出数据，并进行数据解码和格式转换，为谱段可重构TDI模块提供预处理图像数据；谱段可重构TDI模块根据谱段选择指令参数和所需谱段积分级数参数，分别对所述分光元件和图像传感器接收的所需m个谱段进行独立时间延迟积分操作；数据输出模块将所述图像传感器每个行周期每个谱段的1行积分图像进行谱段和行流水编号后按数传格式输出，谱段编号按照波长依次编号，同一行m个谱段数据行流水号相同，经过一个行周期行流水号自动加1，并将数据打包至输出数据；所述谱段选择指令是针对某一应用场景，分析得到一组谱段数量为m的光谱，选取所述光谱中m个波长生成的。

2.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述分光元件为渐变滤光片。

3.根据权利要求1所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述图像传感器为面阵CMOS图像传感器。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种高光谱成像系统，其特征在于，所述图像传感器与所述分光元件的安装方向为行向正交于分光元件透光光谱变化方向。

5.基于1-4任意一项权利要求所述的一种高光谱成像系统的重构光谱成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：系统上电，所述成像参数记录模块读取FLASH存储的谱段选择结果、图像传感器开窗位置大小、不同谱段积分级数、曝光时间、增益的成像参数；

步骤二：针对某一应用场景，分析得到一组谱段数量为m的光谱；

步骤三：选取步骤二所述光谱中的m个波长生成谱段选择指令，发送至谱段开窗索引模块；

步骤四：所述谱段开窗索引模块根据谱段选择指令参数，对预存的渐变滤光片透光波长投影位置标定结果进行索引，确定图像传感器m个窗口位置及大小，生成图像传感器开窗参数及谱段选择执行结果，并存储至FLASH；

步骤五：谱段可重构TDI模块根据谱段选择执行结果，结合标定的波长响应能量分布数据，以各谱段响应灰度均匀为原则，确定不同谱段的积分级数，生成数字域TDI积分级数参数，并存储至FLASH；

步骤六：在接收到开始拍照指令后，传感器驱动控制模块按照图像传感器开窗设置参数自动生成传感器驱动时序，同时谱段可重构TDI模块按照积分级数参数对m个谱段进行独立时间延迟积分；

步骤七：数据输出模块对TDI图像经过谱段和行流水编号数据格式编排，每个行周期对外输出m行m个谱段积分图像；

步骤八：当应用需求更改时，重新得到一组m个波长；重复步骤二至步骤七，即向数据处理单元发送一条谱段选择指令，即可得到谱段重构后的m个谱段积分图像，实现谱段重构的成像方法。

6.根据权利要求5所述的重构光谱成像方法，其特征在于，所述谱段可重构TDI模块对每个谱段采用单独的TDI算法。

7.根据权利要求5所述的重构光谱成像方法，其特征在于，所述步骤三中的谱段选择的获取包括如下步骤：

步骤一：将渐变滤光片表贴于面阵CMOS图像传感器感光面，其粘贴方向为面阵CMOS图像传感器行向正交于渐变滤光片透光光谱变化方向；

步骤二：设置面阵CMOS图像传感器为非开窗面阵输出；

步骤三：在渐变滤光片透光波长范围内分别选取短、中、长3类波长作为测试波长，选取高精度单色仪输出测试波长单色光；

步骤四：在成像参数记录模块中设置成像参数记录模块曝光时间、增益的成像参数，使得一类测试波长中透过率最强波长的图像亮条区域灰度约为饱和值3/4；

步骤五：按照单色仪最小步长调整单色仪输出一类单色光波长；

步骤六：拍照并存储图像；

步骤七：在一类测试波长中，重复步骤五和六，直至遍历渐变滤光片一类透光波长范围；在所有类测试波长中，重复步骤五和六，直至遍历渐变滤光片所有类透光波长范围；

步骤八：计算所有图像响应区间和能量分布，建立全部波长在面阵CMOS图像传感器感光面的投影映射关系和响应能量分布曲线。