CN108291800A - 光谱成像方法和*** - Google Patents

光谱成像方法和*** Download PDF

Info

Publication number
CN108291800A
CN108291800A CN201680043412.0A CN201680043412A CN108291800A CN 108291800 A CN108291800 A CN 108291800A CN 201680043412 A CN201680043412 A CN 201680043412A CN 108291800 A CN108291800 A CN 108291800A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dispersion
spectrum
picture
control unit
data block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680043412.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108291800B (zh
Inventor
阿里尔·瑞兹
大卫·蒙德拉维克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Momentum Fund For Scientific And Technological Innovation (israel) LP
Original Assignee
Momentum Fund For Scientific And Technological Innovation (israel) LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Momentum Fund For Scientific And Technological Innovation (israel) LP filed Critical Momentum Fund For Scientific And Technological Innovation (israel) LP
Publication of CN108291800A publication Critical patent/CN108291800A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108291800B publication Critical patent/CN108291800B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0264—Electrical interface; User interface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G01J3/502—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors using a dispersive element, e.g. grating, prism
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H30/00—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images
    • G16H30/20—ICT specially adapted for the handling or processing of medical images for handling medical images, e.g. DICOM, HL7 or PACS
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/63—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for local operation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16Z—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G16Z99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1226—Interference filters
    • G01J2003/1247—Tuning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G01J2003/2813—2D-array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于重建对象的光谱数据的高光谱成像***和方法。该***包括：检测器的像素矩阵；像素矩阵前方的可调色散单元；和控制***。该控制***包括：控制器，所述控制器用于在n个图像采集过程调谐色散单元以提供色散单元的n个不同的、部分重叠的光谱透射轮廓；以及控制单元，所述控制单元与检测器进行数据通信、并配置为和可操作用于分别处理由n个图像采集过程中的像素矩阵生成的n个图像数据块，每个图像数据块指示由像素矩阵检测的光谱图像，并且对应于色散单元的不同光谱透射轮廓，所述控制单元并确定对象的重建光谱数据。

Description

光谱成像方法和***
技术领域和背景技术
本发明属于成像技术领域，涉及一种光谱成像方法和***。
光谱成像旨在提供关于像平面中每个位置处的对象的至少一些光谱信息。已经开发出各种光谱成像技术，包括多光谱成像、高光谱成像、全光谱成像、成像光谱学或者化学成像。光谱图像通常表示为图像立方，是一种数据立方。
多光谱（MS）和高光谱（HS）立方可以通过多种方式获取。一些***（利用扫描式，推扫式和可调滤波器来实现HS成像器）依赖于对3D HS立方的ID或2D子集的多次采集，然后进行简单重建。其他一些***包括用光谱信息换算分辨率（类似于拜耳CFA）的多色传感器，并要求空间谱重建算法[ Y.Monno, M.Tanaka 和M.Okutomi, Proceedings of IS&T/SPIE(EI 2012), Digital Photography VIII, Vol.8299, pp.829900-1-7, January, 2012；Y. Murakami, M. Yamaguchi, 和N. Ohyama, "Hybrid-resolution multispectralimaging using color filter array,", Opt. Express 20, 7173-7183 (2012) ]。
近来，开发了几种HS快照采集技术。其中一些是基于压缩感测，其中HS图像被认为是稀疏的，并且在成像***内使用附加光学元件来压缩数据。以下出版物中描述了这些技术：A. Stern, "Compressed imaging system with linear sensors," Opt. Lett. 32,3077-3079 (2007)；A. Wagadarikar, R. John, R. Willett, 和D. Brady, "Singledisperser design for coded aperture snapshot spectral imaging," Appl. Opt.47, B44-B51 (2008)；C. Li, T. Sun, K. F. Kelly 和Y. Zhang. A compressivesensing and unmixing scheme for hyperspectral data processing. IEEE_J_IP 21(3), pp. 1200-1210. 2012；M. A. Golub, M. Nathan, A. Averbuch, E. Lavi, V. A.Zheludev, 和A. Schclar, "Spectral multiplexing method for digital snapshotspectral imaging," Appl. Opt. 48, 1520-1526 (2009)。
然而，这些技术需要事先了解正在成像的场景，并且还往往遭受低光效，并且实现这种技术的***相当复杂。
对于积分场光谱***，这些***的基本原理与光场相机类似，即光谱信息用空间分辨率换算。因此，所检测到的光中的多个光谱带等于分辨率劣化率。积分场高光谱成像技术，如透镜阵列、光纤阵列、像切分器和微切分器，都表现出这种行为。另一种已知的解决方案涉及根据光栅衍射次序发散入射光的2D光栅的使用，以在传感器上形成多个多光谱子图像；接下来是重建算法。这种方法允许快速高光谱立方采集，但是合成图像遭受低空间分辨率；所需的设置也不能集成到普通的摄像机中。
发明内容
本发明提供了一种用于高光谱成像的新技术，其能够获取任意场景的完整高光谱立方。本发明为获取高光谱立方提供了全空间分辨率和光谱分辨率。这种技术既不需要场景的任何初步信息也不需要附加假设。
本发明的高光谱成像***包括放置在探测器的像素矩阵的前方，即相对于输入光传播方向的像素矩阵上行的宽光谱滤波器/标准具，例如，具有宽透射峰值的通光孔径法布里-珀罗标准具。该***以“多次曝光”模式操作以获取场景的多个帧，同时使用标准具的多个不同的、部分重叠的透射曲线。更具体地说，该***操作以获取一组帧，每个帧具有不同的标准具透射函数，即标准具的稍微偏移的透射峰值。透射轮廓很宽，以捕获更多的光线，从而提高信噪比。因此，以波长的预设加权总和获取每个帧，并且每两个曝光（帧）的光谱轮廓可能显著重叠。采集之后，应用光谱重建算法以恢复图像的光谱。一般来说，光谱带的数量等于曝光次数。
因此，本发明为获取任意场景的完整高光谱立方提供了全空间和光谱分辨率，同时具有标准成像***的简单结构，另外配备了具有宽光谱透射轮廓的可调谐色散元件（光谱滤波器），其允许在每个帧内获取波长的加权和。本发明的高光谱成像***可以集成在彩色（拜耳）和单色图像传感器中。通光孔径法布里-珀罗标准具也可用于标准彩色成像，从而实现双用途成像***（标准彩色+高光谱）。该***具有改进的噪声性能，因为每个帧都是以降低的噪声含量获取的。
本发明的方法是通用的并且可以适合多种成像场景，包括UV/VIS/NIR；并不依赖于传感器。本发明的成像***可以集成在工业相机，监视相机，医疗设备，质量控制设备，用于检测化合物和生物组织的光谱分析***中。
本发明运用转让给本申请受让人的美国专利申请No.62/075,972中描述的高光谱成像技术，并且通过引用将其并入本文。该技术基于在输入光场上应用角度编码，同时创建其光学图像，从而提供高光谱图像数据（高光谱立方）的角度复用。该技术可以有效操作用于可在像素阵列的至少N个像素点成像的尺寸的对象，以允许重建N个光谱带。
本发明的技术提供了非常小的对象到单个像素对象的有效光谱重建。为此，本发明利用不同的宽光谱标准具透射函数的多次曝光方法。
可调谐标准具配置为在相对较宽的光谱范围内的可调谐性，并且还优选为具有足够的自由光谱范围（FSR）。此外，为了能够生成精确的彩色图像，标准具优选地配置为低精细度（即，足够宽的光谱透射峰值）。一方面，这为创建图像提供了精确（例如，精确可靠）的颜色，另一方面，允许足够的光线传递给传感器（像素矩阵）。
标准具通常包括一对彼此间隔开一定间隔（光学距离）的基本平行的、通常反射的表面。通常，这种标准具的透射函数T是波长λ，两个表面的透射率以及这些表面之间的间隔值的函数。对于由给定的反射表面（即，给定的透射率）形成的标准具，标准具的透射率是波长和间隔的函数，T（λ，gap）。因此，通过可控地改变反射表面之间的间隔以在n帧（n次曝光）的图像采集期间分别提供n个不同间隔值的序列，标准具的不同的n个透射函数应用于输入光场，输入光场对由检测器的像素矩阵检测的n个波长λ1，…λN的光分量的检测有不同程度的影响。这允许通过处理n帧的图像数据来重建对象的光谱。
因此，根据本发明的一个广义方面，提供了一种用于重建对象的光谱数据的高光谱成像***，该***包括：
检测器的像素矩阵；
像素矩阵之前的色散单元；和
控制***，包括：控制器，所述控制器用于在n个图像采集过程中调谐色散单元以提供n个不同的、部分重叠的光谱透射轮廓；以及控制单元，所述控制单元与检测器进行数据通信、并配置为和可操作用于分别处理由所述n个图像采集过程中的像素矩阵生成的n个图像数据块，每个图像数据块指示由像素矩阵检测的光谱图像，并且对应于色散单元的不同光谱透射轮廓；所述控制单元并确定对象的重建光谱数据。
色散单元的透射轮廓是波长和色散单元的可调参数（例如，间隔）的函数。多个图像数据块是色散单元的多个透射轮廓和待确定对象的光谱的函数。
色散单元包括一个光谱滤波器，例如，配置有宽光谱范围的标准具。通过色散单元的光通路在像素矩阵处提供图像数据的波长多路复用，使得像素点的检测光强度对应于与色散单元的透射率函数（色散轮廓/模式）多路复用的图像的光谱数据。
配置为和可操作用于调谐色散单元以循序地产生用于获取对象的连续帧的不同透射率轮廓的控制器可以与同检测器相关联的控制单元集成，或者可以是单独的实用程序。
根据另一方面，本发明提供了用于重建对象的光谱数据的成像方法。该方法包括：通过将n个对象成像过程在检测器的像素矩阵执行循序地获取多个n图像帧，同时循序地应用于彼此不同的并且部分重叠的n预定色散轮廓成像的光线，由此获得指示对象的n个不同光谱图像的n个图像数据块；以及利用关于预定的n个色散轮廓的数据处理所述n个图像数据块，并且重建正在成像的对象的n个光谱带。
通过光与色散模式的相互作用来实现色散轮廓对光的应用。图像数据块是相应色散轮廓和待确定对象的光谱的函数。
本发明的另一方面提供了一种用于重建对象的光谱数据的控制单元。控制单元配置为用于接收和处理输入图像数据（无论是直接来自成像***还是来自存储设备）。所接收的图像数据包括指示对应于由像素矩阵获得的n个光谱图像的n个图像数据块的数据，其中n个光谱图像中的每一个由通过不同色散轮廓编码的光形成。控制单元包括分析器，所述分析器被配置为可操作用于利用指示与相应n个图像数据块相关联的n色散轮廓的数据，并且确定对象的光谱数据。
附图说明
为了更好地理解本发明公开的主题并且举例说明如何在实践中实施，现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述实施例，其中：
图1是本发明的高光谱成像***的框图；
图2更具体地示出了本发明的***中的光传播方案；
图3示意地示出了适用于本发明***的法布里-珀罗标准具；和
图4示出了作为波长和标准具反射表面之间间隔的函数的标准具的透射曲线的模拟结果。
具体实施方式
参阅图1，通过框图示出了本发明的高光谱成像***100。成像***100包括用于定位在由检测器的像素矩阵单元104定义的成像平面IP前面（上行）的光学单元102，以及控制***105。控制***105包括与检测器的像素矩阵104的读出电路数据通信以由此接收图像数据并处理所接收的数据的控制单元106。控制单元106可以与像素矩阵单元104集成在一起，例如，可以是像素矩阵单元104的读出电路的软件模块。
光学单元102包括作为宽光谱滤波器108的可调谐色散单元/元件。例如，可以使用具有宽透射峰值的通光孔径法布里-珀罗标准具。
控制单元106尤其包括数据输入和输出实用程序（未示出），存储器模块106A，适于分析来自像素矩阵单元104的图像数据的分析器模块106B。这将在下面更具体地描述。
在控制***105中还提供了控制器107，控制器107配置为用于控制标准具108的调谐并提供关于可调参数的变化的数据。控制器可以是控制单元106的一部分，或者可以是单独的模块，或者可以是标准具108的一部分。标准具的调谐旨在可控地改变其光谱透射轮廓（透射函数），即改变通过其中的光的色散模式。在法布里-珀罗型标准具的情况下，标准具108的可调参数是其反射表面之间的间隔。控制器107操作调谐过程并提供关于可调参数的不同值的数据，例如，gap1，...gapN，或者提供关于标准具的相应透射函数的数据，T1，...TN。
如图2所示，标准具108优选地位于检测器的成像透镜模块109的前方，该成像透镜模块沿着光轴OA间隔开。像素矩阵104位于通常位于透镜模块109的后焦平面中的成像平面IP中。
图3更具体地例示了可调谐以提供各种光谱透射曲线的标准具108的结构。可调谐标准具108优选为足够薄以适合相机的光路。该实例的可调谐标准具108配置为由两个反射器（反射表面）S1和S2形成的通光孔径法布里-珀罗标准具。反射器S1和S2通过相对于另一个表面移动至少一个表面而可变/可调节地隔开间隔（标准具间隔），以改变标准具的光谱透射轮廓。如图所示，反射器S1和S2的内表面可以设置有具有高折射率的涂层C1和C2，从而提供标准具的相对宽的光谱透射峰值，并且至少一个反射镜S1和S2可以设置有防反射涂层-在这个示例中示出反射镜S1和S2上的两个这种防反射涂层AR1和AR2。
标准具108的反射表面S1和S2中的至少一个被安装在致动器上/与致动器相关联，以提供用于控制反射表面之间的间隔。致动器可以包括压电致动器和/或MEMS致动器，诸如静电MEMS致动器。可选地或另外地，标准具108可以包括放置在反射表面S1和S2之间的空间中的电光介质。这种电光介质配置为并可操作地用于提供对反射表面之间的光学距离的控制。
返回到图1，成像***100以多重曝光模式操作，即获取一组帧/帧序列，每帧是目标区域的不同光谱图像（由于输入光与不同色散模式相互作用）。在每次曝光或成像过程（每帧获取）期间，从目标区域传播的输入光场Lin通过具有特定透射轮廓（即透射峰值的光谱位置）的标准具108，该标准具由不同于其他曝光/成像过程的间隔的一定值定义。得到的光谱图像由像素矩阵检测。获得一组帧，每个帧具有稍微偏移的透射峰值。因此，在通过n个不同、部分重叠的标准具T1，...TN透射轮廓进行n次曝光期间，通过设定间隔的n个值来实现，检测到n个不同的光谱图像。透射轮廓很宽，以捕获更多光线，从而提高信噪比。
图4示出了作为波长和标准具反射表面之间间隔的函数的标准具的透射曲线的模拟结果。在该模拟中，宽范围的可调谐光谱滤波器（法布里-珀罗标准具）列入考虑，以提供400nm-700nm光谱范围内的透射曲线。
通常，在成像***中，每个像素测量以不同角度入射在所述像素上的光线的总体强度。通过标准具108的光通路提供输入光的每个波长分量受到标准具的透射率轮廓的不同影响。因此，像素矩阵104中的每个像素测量多个加权修正光谱的总体强度。因此，每个帧是以预定的加权波长总和获取的。每两个曝光（帧）的光谱轮廓可能显著重叠。检测到的光谱带的数量等于曝光次数。
控制单元106以n个图像数据块I 1 ,…I N 的形式接收像素矩阵的输出，其中n个图像数据块表示在n个帧采集期间检测到的光谱图像，其中标准具的n个不同的透射轮廓由n个不同间隔定义。该图像数据块可以存储在存储器106A中。间隔值的变化由控制器107进行管理，因此标准具的相应透射轮廓是已知的。间隔值和/或相应透射轮廓也可以存储在存储器中。
分析器106B利用透射轮廓数据用于处理图像数据I 1 ,…I N 以检测/重建正在成像的对象的光谱。图像数据可以写作：
其中，R是具有N个光谱带的对象的光谱反射率，I是每次曝光的像素强度，T是作为间隔和波长函数的滤波器（标准具）的透射率，C是归一化因子。
对象的反射率矢量可由以下公式重建：
如果曝光次数超过所需的光谱分辨率，则可以应用误差最小化，例如最小均方根。或者，光谱分辨率（光谱带）可以增加到曝光次数。
如上所述，标准具优选为在宽光谱范围内可调。调谐是通过改变反射器S1和S2之间的间隔来实现的。这样的宽光谱范围的可调谐标准具可能需要反射器之间的宽度和间隔之间的高纵横比，并且间隔也可以调整到可以在反射器之间非常接近（例如，几十纳米）的范围内变化。而且，如上所述，间隔变化可以通过将至少一个反射器与（多个）致动器相关联来实现，致动器可操作地使至少一个反射器相对于另一个反射器可控地移动，例如，基于MEMS的致动器。在转让给本申请的受让人的美国专利申请No.62/192,658中描述了适用于在本发明的成像***中使用的可调谐的基于MEMS的标准具的示例，该申请的全部内容通过引用并入本文。
因此，本发明提供了能够重建对象/场景的光谱的新颖，简单和有效的高光谱成像技术。本发明为获取高光谱立方提供了全空间分辨率和光谱分辨率，没有任何关于正在成像的对象/场景的初步信息。

Claims (14)

1.用于重建对象的光谱数据的高光谱成像***，该***包括：
检测器的像素矩阵；
像素矩阵前方的色散单元；和
控制***，包括：控制器，所述控制器用于在n个图像采集过程中调谐色散单元以提供n个不同的、部分重叠的光谱透射轮廓的控制器；以及控制单元，所述控制单元与检测器进行数据通信、并配置为和可操作用于分别处理由所述n个图像采集过程中的像素矩阵生成的n个图像数据块的控制单元，每个图像数据块指示由像素矩阵检测的光谱图像，并且对应于色散单元的不同光谱透射轮廓；所述控制单元并确定对象的重建光谱数据。
2.如权利要求1所述的成像***，其中，色散单元包括配置有宽光谱范围的标准具。
3.如权利要求1或2所述的成像***，其中，色散单元的透射轮廓是波长和色散单元的可调参数的函数。
4.如权利要求1-3任意一项所述的成像***，其中，多个图像数据块是色散单元的多个透射轮廓和待确定对象的光谱的函数。
5.如前述任意一项权利要求所述的成像***，其中，通过色散单元的光通路在像素矩阵处提供图像数据的波长多路复用，以使得像素点的检测光强度对应于与色散单元的透射率函数多路复用的图像的光谱数据。
6.如权利要求2-5任意一项所述的成像***，其中，标准具配置为通光孔径法布里-珀罗标准具。
7.如权利要求6所述的成像***，配置为和可操作用于双模式成像，可选择地以标准彩色成像模式和高光谱成像模式操作。
8.如前述任意一项权利要求所述的成像***，其中，检测器配置为单色或彩色检测器。
9.如前述任意一项权利要求所述的成像***，其中，控制单元配置为和可操作用于处理n个图像数据块和确定对象的重建光谱数据，利用对象的n个图像数据块I 1 ，…I N 和n个光谱带R（λ 1 ）…（λ N ）之间的如下关系：
其中，T是色散单元的透射率，是色散单元的可调参数间隔gap和波长λ的函数，C是归一化因子。
10.用于重建对象的光谱数据的高光谱成像方法，该方法包括：通过将n个成像过程在检测器的像素矩阵上执行循序地获取n个图像帧，同时循序地应用于彼此不同的并且部分重叠的n个预定色散轮廓成像的光线，由此获得指示对象的n个不同光谱图像的n个图像数据块；以及利用关于预定的n个色散轮廓的数据处理所述n个图像数据块，并且重建正在成像的对象的n个光谱带。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述色散轮廓的应用包括光与色散模式的相互作用。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中，指示图像数据块的数据是相应色散轮廓和待确定对象的光谱的函数。
13.用于重建对象的光谱数据的控制单元，该控制单元配置为用于接收输入数据，该输入数据包括指示对应于由像素矩阵获得的n个光谱图像的n个图像数据块的数据，每个所述n个光谱图像通过不同色散轮廓编码；控制单元包括分析器，该分析器配置为和可操作用于利用指示与相应n个图像数据块相关联的n个色散轮廓的数据，并且确定对象的光谱数据。
14.如权利要求13所述的控制单元，配置为和可操作用于处理n个图像数据块并确定对象的重建光谱数据，利用对象的n个图像数据块I 1 ，…I N 和n个光谱带R（λ 1 ）…（λ N ）之间的如下关系：
其中，T是色散单元的透射率，是色散单元的可调参数间隔gap和波长λ的函数，C是归一化因子。
CN201680043412.0A 2015-07-30 2016-07-28 光谱成像方法和*** Active CN108291800B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562198789P 2015-07-30 2015-07-30
US62/198,789 2015-07-30
PCT/IL2016/050827 WO2017017684A1 (en) 2015-07-30 2016-07-28 Spectral imaging method and system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108291800A true CN108291800A (zh) 2018-07-17
CN108291800B CN108291800B (zh) 2021-07-13

Family

ID=57884188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680043412.0A Active CN108291800B (zh) 2015-07-30 2016-07-28 光谱成像方法和***

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10605660B2 (zh)
EP (1) EP3329209B1 (zh)
KR (1) KR102049373B1 (zh)
CN (1) CN108291800B (zh)
IL (1) IL256975B (zh)
WO (1) WO2017017684A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021135074A1 (zh) * 2020-01-03 2021-07-08 南京大学 一种快照型解色散模糊的高光谱成像方法
CN113468915A (zh) * 2020-03-31 2021-10-01 吉林求是光谱数据科技有限公司 具有真假指纹识别功能的手机指纹识别***和识别方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899452B (zh) * 2016-04-21 2024-04-19 苹果公司 用于参考切换的多路复用和编码
US10288483B2 (en) * 2017-04-09 2019-05-14 Cymer, Llc Recovering spectral shape from spatial output
WO2019058298A1 (en) * 2017-09-20 2019-03-28 Unispectral Ltd. PROJECTOR IMAGING SYSTEM WITH AUTODIRECTIVE TUNABLE FILTER
CN111164395B (zh) * 2017-12-21 2022-08-09 索尼半导体解决方案公司 光谱成像设备和方法
US11525732B2 (en) 2018-03-18 2022-12-13 Unispectral Ltd. Generating narrow-band spectral images from broad-band spectral images
CN109087262B (zh) * 2018-08-04 2022-07-22 郑州大学 一种多视图光谱图像的重建方法、存储介质
KR102362278B1 (ko) * 2019-11-08 2022-02-11 한국과학기술원 다중 공진 모드를 가지는 가변 분광 필터를 포함하는 분광 장치, 그리고 이의 분광 정보 획득 방법
US11418727B2 (en) 2019-12-27 2022-08-16 Simmonds Precision Products, Inc. Actuated static masks for coded aperture imaging
CN111397733B (zh) * 2020-04-23 2021-03-02 湖南大学 一种单/多帧快照式光谱成像方法、***及介质
WO2022011420A1 (en) * 2020-07-14 2022-01-20 Centre For Eye Research Australia Limited Non-mydriatic hyperspectral ocular fundus camera
JP2022177441A (ja) 2021-05-18 2022-12-01 セイコーエプソン株式会社 分光計測器、及びコンピュータープログラム
CN113418873B (zh) * 2021-06-23 2022-05-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种高光谱成像***及重构光谱成像方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1151214A (zh) * 1994-06-07 1997-06-04 理奇蒙德全息研究与发展有限公司 全息光学元件
US5834203A (en) * 1997-08-25 1998-11-10 Applied Spectral Imaging Method for classification of pixels into groups according to their spectra using a plurality of wide band filters and hardwire therefore
CN1472852A (zh) * 2003-07-11 2004-02-04 清华大学 复合外腔电流步进调谐半导体激光器及其调谐方法
US20040183007A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-23 Biospect, Inc. Multiplexed orthogonal time-of-flight mass spectrometer
US20050030545A1 (en) * 2003-07-18 2005-02-10 David Tuschel Method and apparatus for compact Fabry-Perot imaging spectrometer
CN201035181Y (zh) * 2007-04-11 2008-03-12 福州高意通讯有限公司 一种f-p标准具型的波带开关
US20080144001A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Bauke Heeg Spectral imaging device
US7554667B1 (en) * 2005-08-25 2009-06-30 Ball Aerospace & Technologies Corp. Method and apparatus for characterizing hyperspectral instruments
US20100211333A1 (en) * 2009-01-14 2010-08-19 Integrated Process Resources, Inc. Leak Detection and Identification System
CN101923047A (zh) * 2010-05-17 2010-12-22 南通北极光自动控制技术有限公司 近红外在线检测漫反射光谱分析仪
CN101975610A (zh) * 2010-09-03 2011-02-16 北京理工大学 一种扫描成像光谱仪光路结构
US20110208462A1 (en) * 2007-07-31 2011-08-25 Chemimage Corporation System and method for instrument correction using transmission efficiency
CN102393248A (zh) * 2011-10-26 2012-03-28 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种时间分辨极弱光多光谱成像***及方法
CN102798987A (zh) * 2012-07-30 2012-11-28 天津奇谱光电技术有限公司 一种固定频率间隔和单模输出的可调谐光学滤波器
CN103257404A (zh) * 2013-06-04 2013-08-21 贵阳恒浩光电科技有限公司 一种mems法布里-珀罗腔可调谐滤波器
CN103325096A (zh) * 2013-06-25 2013-09-25 中国科学院遥感与数字地球研究所 基于多/高光谱图像融合的宽幅高光谱图像重构方法
CN103808410A (zh) * 2014-02-21 2014-05-21 清华大学 对偶编码压缩高光谱成像的装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US583420A (en) * 1897-05-25 Half to rodolphtjs c
US5583936A (en) 1993-05-17 1996-12-10 Macrovision Corporation Video copy protection process enhancement to introduce horizontal and vertical picture distortions
US6587484B1 (en) 2000-10-10 2003-07-01 Spectrasensor, Inc,. Method and apparatus for determining transmission wavelengths for lasers in a dense wavelength division multiplexer
US7238942B2 (en) 2001-05-02 2007-07-03 Csir Spectrometric using broadband filters with overlapping spectral ranges
US8174694B2 (en) * 2001-12-21 2012-05-08 Bodkin Design And Engineering Llc Hyperspectral imaging systems
JP2005055670A (ja) 2003-08-04 2005-03-03 Seiko Epson Corp Ｍｅｍｓデバイス及びその製造方法並びにｍｅｍｓモジュール
US7177505B2 (en) 2004-03-04 2007-02-13 Rosemount Inc. MEMS-based actuator devices using electrets
US7342658B2 (en) * 2005-12-28 2008-03-11 Eastman Kodak Company Programmable spectral imaging system
JP2008182103A (ja) 2007-01-25 2008-08-07 Olympus Corp 気密封止パッケージ
JP2008256837A (ja) 2007-04-03 2008-10-23 Yamaichi Electronics Co Ltd ファブリペロー型波長可変フィルタおよびその製造方法
US8305575B1 (en) * 2008-06-23 2012-11-06 Spectral Sciences, Inc. Adaptive spectral sensor and methods using same
EP2284624B1 (en) 2009-07-29 2020-02-26 Ricoh Company, Ltd. Fixing Device and Image Forming Apparatus Incorporating Same
IL201742A0 (en) * 2009-10-25 2010-06-16 Elbit Sys Electro Optics Elop Tunable spectral filter
US8384905B2 (en) 2009-11-10 2013-02-26 Corning Incorporated Tunable light source for label-independent optical reader
CN102053361A (zh) 2010-11-24 2011-05-11 福州高意通讯有限公司 一种可调标准具
CN103048781A (zh) 2011-10-11 2013-04-17 福州高意通讯有限公司 一种mems可调标准具
US9599508B2 (en) * 2012-05-18 2017-03-21 Rebellion Photonics, Inc. Divided-aperture infra-red spectral imaging system
CN106133563B (zh) 2013-11-26 2019-11-19 英菲尼斯有限责任公司 波长可调谐的mems-法布里-珀罗滤波器
FR3021127B1 (fr) * 2014-05-19 2017-10-13 Commissariat Energie Atomique Systeme et procede d'acquisition d'images hyperspectrales
EP3215818A4 (en) 2014-11-06 2018-06-27 Ramot at Tel-Aviv University Ltd. Spectral imaging method and system
US10827152B2 (en) 2015-07-15 2020-11-03 Technology Innovation Momentum Fund (Israel) Limited Partnership Tunable MEMS etalon

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1151214A (zh) * 1994-06-07 1997-06-04 理奇蒙德全息研究与发展有限公司 全息光学元件
US5834203A (en) * 1997-08-25 1998-11-10 Applied Spectral Imaging Method for classification of pixels into groups according to their spectra using a plurality of wide band filters and hardwire therefore
US20040183007A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-23 Biospect, Inc. Multiplexed orthogonal time-of-flight mass spectrometer
CN1472852A (zh) * 2003-07-11 2004-02-04 清华大学 复合外腔电流步进调谐半导体激光器及其调谐方法
US20050030545A1 (en) * 2003-07-18 2005-02-10 David Tuschel Method and apparatus for compact Fabry-Perot imaging spectrometer
CN1846114A (zh) * 2003-07-18 2006-10-11 凯米映像公司 多波长成像光谱仪的方法和装置
US7554667B1 (en) * 2005-08-25 2009-06-30 Ball Aerospace & Technologies Corp. Method and apparatus for characterizing hyperspectral instruments
US20080144001A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Bauke Heeg Spectral imaging device
CN201035181Y (zh) * 2007-04-11 2008-03-12 福州高意通讯有限公司 一种f-p标准具型的波带开关
US20110208462A1 (en) * 2007-07-31 2011-08-25 Chemimage Corporation System and method for instrument correction using transmission efficiency
US20100211333A1 (en) * 2009-01-14 2010-08-19 Integrated Process Resources, Inc. Leak Detection and Identification System
CN101923047A (zh) * 2010-05-17 2010-12-22 南通北极光自动控制技术有限公司 近红外在线检测漫反射光谱分析仪
CN101975610A (zh) * 2010-09-03 2011-02-16 北京理工大学 一种扫描成像光谱仪光路结构
CN102393248A (zh) * 2011-10-26 2012-03-28 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种时间分辨极弱光多光谱成像***及方法
CN102798987A (zh) * 2012-07-30 2012-11-28 天津奇谱光电技术有限公司 一种固定频率间隔和单模输出的可调谐光学滤波器
CN103257404A (zh) * 2013-06-04 2013-08-21 贵阳恒浩光电科技有限公司 一种mems法布里-珀罗腔可调谐滤波器
CN103325096A (zh) * 2013-06-25 2013-09-25 中国科学院遥感与数字地球研究所 基于多/高光谱图像融合的宽幅高光谱图像重构方法
CN103808410A (zh) * 2014-02-21 2014-05-21 清华大学 对偶编码压缩高光谱成像的装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张良培: "《高光谱遥感》", 30 June 2011, 北京：测绘出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021135074A1 (zh) * 2020-01-03 2021-07-08 南京大学 一种快照型解色散模糊的高光谱成像方法
CN113468915A (zh) * 2020-03-31 2021-10-01 吉林求是光谱数据科技有限公司 具有真假指纹识别功能的手机指纹识别***和识别方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180030995A (ko) 2018-03-27
KR102049373B1 (ko) 2019-11-27
US10605660B2 (en) 2020-03-31
IL256975A (en) 2018-03-29
WO2017017684A1 (en) 2017-02-02
IL256975B (en) 2022-06-01
CN108291800B (zh) 2021-07-13
EP3329209A4 (en) 2019-05-01
US20180209850A1 (en) 2018-07-26
EP3329209A1 (en) 2018-06-06
EP3329209B1 (en) 2022-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108291800A (zh) 光谱成像方法和***
EP3830551B1 (en) A hybrid spectral imager
CN106456070B (zh) 成像装置和方法
US7835002B2 (en) System for multi- and hyperspectral imaging
US10101206B2 (en) Spectral imaging method and system
US8553222B2 (en) Coded aperture snapshot spectral imager and method therefor
Cao et al. A prism-mask system for multispectral video acquisition
CN108780142A (zh) 3d成像***和方法
CN110114646A (zh) 表观运动中的对象的动态超光谱成像
US9253420B2 (en) Hyperspectral single pixel imager with fabry perot filter
Jeon et al. Multisampling compressive video spectroscopy
Kim et al. Aperture-encoded snapshot hyperspectral imaging with a lensless camera
JP7355008B2 (ja) 分光計測装置、および分光計測方法
Rueda et al. Compressive spectral imaging based on colored coded apertures
WO2022185720A1 (ja) 撮像装置、および撮像装置の作動方法、並びにプログラム
KR101915883B1 (ko) 만화경을 이용한 초분광 영상 관측 방법 및 시스템
Wang et al. Computational Color Imaging with Enhanced Light Sensitivity based on a Microstructured Diffractive Element Array

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant