光譜圖像是三維(3D)數據結構，由在不同波長下測量的同一場景的多個(ge) 二維(2D)圖像組成。光譜圖像在醫學成像、遙感、國防和監控以及食品質量評估等領域都有国产成人在线观看免费网站。跨多個(ge) 波長的空間信息量是傳(chuan) 統掃描采集成像係統的主要挑戰之一，為(wei) 了獲得多個(ge) 高清圖像，這些係統需要較長的曝光時間，因此限製了它們(men) 在實時国产成人在线观看免费网站中的使用.
博覽:2021 Optica平移變化彩色編碼的衍射光譜成像係統
技術背景：
光譜圖像是三維(3D)數據結構，由在不同波長下測量的同一場景的多個(ge) 二維(2D)圖像組成。光譜圖像在醫學成像、遙感、國防和監控以及食品質量評估等領域都有国产成人在线观看免费网站。跨多個(ge) 波長的空間信息量是傳(chuan) 統掃描采集成像係統的主要挑戰之一，為(wei) 了獲得多個(ge) 高清圖像，這些係統需要較長的曝光時間，因此限製了它們(men) 在實時国产成人在线观看免费网站中的使用.
目前，基於(yu) 壓縮感知(CS)的快照光譜成像(spectral imaging,SI )技術通過感知(sensing)編碼投影獲取的光譜信息，然後計算複原光譜圖像，可以大幅降低所需要采集的光譜信息量。在這種情況下，可以從(cong) 線性係統準確估計光譜圖像，其感知矩陣表示隨機測量采集。目前已經有數種基於(yu) 折射的快照SI儀(yi) 器，如編碼孔徑快照光譜成像儀(yi) (CASSI )、雙編碼高光譜成像儀(yi) (DCSI )、空間光譜編碼壓縮高光譜成像係統(SSCSI )、快照彩色壓縮光譜成像儀(yi) (SCCSI )、棱鏡掩模視頻成像光譜儀(yi) (PMVIS)和單像素相機光譜儀(yi) (SPCS)。
基於(yu) 折射光學的儀(yi) 器的有多種編碼策略。通用的方法是采用具有不透明或透明特征的黑白編碼孔徑，阻擋或讓光通過每個(ge) 特定的空間點。因為(wei) 相同的模式對所有光譜帶進行編碼，所以這種策略被稱為(wei) 空間編碼，通常使用DMD(digital micromirror device)來實現它。另一種方法采用稱為(wei) 彩色編碼孔徑(CCA)的濾光器陣列實現空間和光譜編碼，這需要更強大的調製，從(cong) 而提高從(cong) 不適定問題中複原光譜圖像的概率。
當前不足：
當前好的編碼光譜成像係統需要昂貴和大型的光學元件。zui近提出了使用衍射光學元件(DOE )替代單個(ge) 光學透鏡來極大減小係統體(ti) 積的技術，其將光譜圖像的形成看作是未知場景與(yu) 每個(ge) 光譜波長處的點擴散函數的空間平移不變卷積的光譜積分，這種卷積成像模型具有計算複雜度低的優(you) 點。然而，空間光譜調製受到DOE高度圖(height map)的限製(即隻有高度圖是唯yi可變的自由參數)，導致重建過程的不適定性顯著增加。
文章創新點：
基於(yu) 此，哥倫(lun) 比亞(ya) 桑坦德工業(ye) 大學的Henry Arguello(一作兼通訊)和美國斯坦福大學的Gordon Wetzstein等人利用DOE的緊湊性CCA豐(feng) 富的光譜編碼優(you) 勢，提出了一種由DOE和CCA組成的平移變化彩色編碼衍射(Sccd)光譜成像係統，並使用端到端方法聯合設計具有可微分成像模型的DOE和CCA參數，以大限度地減少大量圖像上真實圖像和重建圖像之間的偏差。
仿真表明，與(yu) 當前好的係統相比，所提出的係統將頻譜重建質量提高了4dB。zui後，在室內(nei) 和室外場景中原型係統的實驗結果驗證了所提出的係統，它可以在420-660nm範圍內(nei) 恢複多達49個(ge) 高保真光譜帶。
原理解析：
(1)係統硬件組成。如圖１，衍射光學元件(DOE)、周期性彩色編碼孔徑(CCA)加上裸圖像傳(chuan) 感器組成光譜成像係統。DOE替代透鏡對入射光場進行相位調製，CCA對入射光場進行空間和光譜編碼。
(2)端到端聯合優(you) 化設計。在仿真設計時，首先考慮成像到光譜圖像複原的前向步驟，DOE、CCA與(yu) 圖像傳(chuan) 感器組成PSF平移變化的係統，入射到圖像傳(chuan) 感器上的光強可以看作為(wei) 入射光場與(yu) 係統PSF的卷積。圖像傳(chuan) 感器感知的光強加上其自身的讀取噪聲，作為(wei) 圖像複原網絡(采用UNet架構)的輸入。在每一次前向傳(chuan) 遞過程中，模擬當前光學元件的PSF，並定義(yi) 一個(ge) 損失函數(需要Ground Truth圖像)。隨後，在反向傳(chuan) 播過程中，誤差被反向傳(chuan) 播到DOE和CCA本身，從(cong) 而實現光學元件本身參數和圖像複原網絡參數的優(you) 化更新。
DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.439142
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