本公開涉及光譜成像及圖像處理，尤其涉及一種基于衍射透鏡的高光譜成像方法、裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、光譜成像技術(shù)可以同時(shí)獲得觀測目標(biāo)的二維空間信息和各個(gè)空間位置處的光譜信息，形成一個(gè)三維的光譜立方體數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的光譜成像技術(shù)，包括掃描式光譜成像和快照式光譜成像等。這些成像方法，其采集的原始數(shù)據(jù)通常會(huì)破壞圖像空間域的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致觀測過程中無法對指定光譜通道進(jìn)行成像，缺乏機(jī)動(dòng)性和靈活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本公開提出了一種基于衍射透鏡的高光譜成像方法、裝置及電子設(shè)備的技術(shù)方案。

2、根據(jù)本公開的一方面，提供了一種基于衍射透鏡的高光譜成像方法，包括：確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離；確定所述目標(biāo)光線在所述目標(biāo)聚焦距離處對應(yīng)的目標(biāo)模糊核；確定所述目標(biāo)光線在所述目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像；根據(jù)所述目標(biāo)模糊核和所述編碼圖像，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像。

3、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離，包括：根據(jù)所述目標(biāo)波長，確定所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡后產(chǎn)生的相位差；根據(jù)所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡后產(chǎn)生的相位差，確定所述目標(biāo)聚焦距離。

4、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡后產(chǎn)生的相位差包括：所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)以外任意一點(diǎn)，相對于所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)的第一相位差，以及所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)以外任意一點(diǎn)傳播至焦點(diǎn)處時(shí)，相對于所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)傳播至所述焦點(diǎn)處時(shí)，因光程差產(chǎn)生的第二相位差；所述根據(jù)所述目標(biāo)波長，確定所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡后產(chǎn)生的相位差，包括：針對所述目標(biāo)衍射透鏡上的任意一點(diǎn)，根據(jù)所述目標(biāo)波長，以及所述目標(biāo)衍射透鏡對應(yīng)的透鏡面形參數(shù)，確定所述目標(biāo)光線經(jīng)過該點(diǎn)對應(yīng)的第一相位差；針對所述目標(biāo)衍射透鏡上的任意一點(diǎn)，根據(jù)所述目標(biāo)波長，確定所述目標(biāo)光線經(jīng)過該點(diǎn)對應(yīng)的第二相位差。

5、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)模糊核包括三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；所述確定所述目標(biāo)光線在所述目標(biāo)聚焦距離處對應(yīng)的目標(biāo)模糊核，包括：確定所述目標(biāo)衍射透鏡對應(yīng)的透過率函數(shù)；根據(jù)所述目標(biāo)聚焦距離和所述透過率函數(shù)，確定所述三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。

6、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)模糊核包括三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；所述根據(jù)所述目標(biāo)模糊核和所述編碼圖像，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像，包括：利用數(shù)字共聚焦算法，根據(jù)所述三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，對所述編碼圖像進(jìn)行重建，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像。

7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述目標(biāo)模糊核和所述編碼圖像，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像，包括：利用深度學(xué)習(xí)算法，根據(jù)所述目標(biāo)模糊核，對所述編碼圖像進(jìn)行重建，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像。

8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述目標(biāo)衍射透鏡是根據(jù)目標(biāo)透鏡面形參數(shù)加工得到的，其中，所述目標(biāo)透鏡面形參數(shù)是根據(jù)中心波長、中心焦距和目標(biāo)材料對應(yīng)的材料折射率確定的，所述目標(biāo)材料表示加工所述目標(biāo)衍射透鏡所使用的材料。

9、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種基于衍射透鏡的高光譜成像裝置，包括：聚焦距離確定模塊，用于確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離；模糊核確定模塊，用于確定所述目標(biāo)光線在所述目標(biāo)聚焦距離處對應(yīng)的目標(biāo)模糊核；圖像采集模塊，用于確定所述目標(biāo)光線在所述目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像；圖像重建模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)模糊核和所述編碼圖像，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像。

10、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：處理器；用于存儲處理器可執(zhí)行指令的存儲器；其中，所述處理器被配置為在執(zhí)行所述存儲器存儲的指令時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述方法。

11、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序指令，其中，所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法。

12、在本公開實(shí)施例中，通過確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離，可以確定目標(biāo)光線在目標(biāo)聚焦距離處對應(yīng)的目標(biāo)模糊核，以及確定目標(biāo)光線在目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像；根據(jù)目標(biāo)模糊核和編碼圖像，可以確定目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)對指定光譜通道進(jìn)行重建，而不需要對目標(biāo)波長對應(yīng)的光譜通道以外的其他光譜通道進(jìn)行重建，從而可以提高光譜成像的效率和靈活性。在此基礎(chǔ)上，通過靈活地設(shè)置目標(biāo)波長的取值，可以將光譜分辨率轉(zhuǎn)化為目標(biāo)聚焦距離的分辨率，從而可以基于目標(biāo)聚焦距離隨目標(biāo)波長的取值的變化情況，通過對不同取值的目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像進(jìn)行重建，快速、便利地得到具有較高分辨率的多個(gè)連續(xù)光譜通道圖像。

13、根據(jù)下面參考附圖對示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本公開的其它特征及方面將變得清楚。

技術(shù)特征：

1.一種基于衍射透鏡的高光譜成像方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡后產(chǎn)生的相位差包括：所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)以外任意一點(diǎn)，相對于所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)的第一相位差，以及所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)以外任意一點(diǎn)傳播至焦點(diǎn)處時(shí)，相對于所述目標(biāo)光線經(jīng)過所述目標(biāo)衍射透鏡的中心點(diǎn)傳播至所述焦點(diǎn)處時(shí)，因光程差產(chǎn)生的第二相位差；

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)模糊核包括三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)模糊核包括三維光譜點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標(biāo)模糊核和所述編碼圖像，確定所述目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)衍射透鏡是根據(jù)目標(biāo)透鏡面形參數(shù)加工得到的，其中，所述目標(biāo)透鏡面形參數(shù)是根據(jù)中心波長、中心焦距和目標(biāo)材料對應(yīng)的材料折射率確定的，所述目標(biāo)材料表示加工所述目標(biāo)衍射透鏡所使用的材料。

8.一種基于衍射透鏡的高光譜成像裝置，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

10.一種非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本公開涉及一種基于衍射透鏡的高光譜成像方法、裝置及電子設(shè)備，該方法包括：確定具有目標(biāo)波長的目標(biāo)光線經(jīng)過目標(biāo)衍射透鏡后的目標(biāo)聚焦距離；確定目標(biāo)光線在目標(biāo)聚焦距離處對應(yīng)的目標(biāo)模糊核；確定目標(biāo)光線在目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像；根據(jù)目標(biāo)模糊核和編碼圖像，確定目標(biāo)波長對應(yīng)的單光譜通道圖像。本公開實(shí)施例，可以通過確定目標(biāo)波長對應(yīng)的目標(biāo)聚焦距離，實(shí)現(xiàn)對指定光譜通道進(jìn)行重建，而無需對目標(biāo)波長對應(yīng)的光譜通道以外的其他光譜通道進(jìn)行重建，以提高光譜成像的效率和靈活性；并可以將光譜分辨率轉(zhuǎn)化為目標(biāo)聚焦距離的分辨率，從而通過對不同取值的目標(biāo)聚焦距離處的編碼圖像進(jìn)行重建，快速得到具有較高分辨率的多個(gè)連續(xù)光譜通道圖像。

技術(shù)研發(fā)人員：曹良才,吳佳琛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6