本發(fā)明涉及成像技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光譜成像系統(tǒng)、成像設(shè)備及數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

阿達瑪變換技術(shù)是一種類似傅立葉變換的調(diào)制技術(shù)，具有多通道檢測和成像的能力。采用這種技術(shù)能夠顯著提高信噪比。雖然這種技術(shù)已開始應(yīng)用于光譜分析和顯微成像領(lǐng)域，但目前應(yīng)用這種技術(shù)的儀器功能較為單一，光譜分析與成像能力的集成化很差?，F(xiàn)有的高分辨阿達瑪變換顯微圖像分析儀，能夠應(yīng)用511階S循環(huán)矩陣構(gòu)建的一維模板與512像素線陣CCD，獲得了511×512像素的高分辨圖像，但不具備獲取高分辨光譜的能力。此外，現(xiàn)有的能夠進行高分辨光譜掃描的系統(tǒng)中，光譜掃描和阿達瑪編碼過程需要分別獨立的進行機械運動，使得獲取光譜數(shù)據(jù)立方需要消耗較多的時間，從而影響實際使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種光譜成像系統(tǒng)、成像設(shè)備及數(shù)據(jù)處理方法，以改善上述的獲取光譜數(shù)據(jù)立方需要消耗較多的時間的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種光譜成像系統(tǒng)，包括第一透鏡組、阿達瑪模板、第二透鏡組、色散裝置、面陣光電檢測器以及微控制器，所述第一透鏡組、阿達瑪模板、第二透鏡組、色散裝置、面陣光電檢測器依次設(shè)置，所述面陣光電檢測器與所述微控制器電連接。所述第一透鏡組用于將入射的第一信號光準(zhǔn)直并聚焦到所述阿達瑪模板。所述阿達瑪模板用于在控制機構(gòu)的驅(qū)動下對入射到該阿達瑪模板的所述第一信號光進行編碼形成第二信號光。所述第二透鏡組用于將由所述阿達瑪模板出射的所述第二信號光壓縮為與所述面陣光電檢測器匹配的第三信號光。所述色散裝置用于對由所述第二透鏡組出射的所述第三信號光進行色散分光處理形成按波長分散開的第四信號光。所述面陣光電檢測器用于接收所述色散裝置出射的所述第四信號光，將所述第四信號光轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送至所述微控制器。所述微控制器用于處理接收到的所述電信號得到成像光譜數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述所述色散裝置包括入射狹縫、準(zhǔn)光鏡、色散元件以及聚光鏡，所述第二透鏡組出射的所述第三信號光入射到所述入射狹縫，通過所述入射狹縫的所述第三信號光經(jīng)所述準(zhǔn)光鏡準(zhǔn)直后入射到所述色散元件，經(jīng)所述色散元件色散后形成所述第四信號光，所述第四信號光經(jīng)所述聚光鏡按波長聚焦到所述面陣光電檢測器的表面。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述阿達瑪模板為一維循環(huán)編碼模板，其序列由循環(huán)S矩陣生成，所述一維循環(huán)編碼模板用于對所述第一信號光進行編碼生成所述第二信號光。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述面陣光電檢測器為面陣灰度光電檢測器。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述成像光譜數(shù)據(jù)包括三個維度的信息，其中，第一維度的像素數(shù)由所述阿達瑪模板的編碼位數(shù)決定，第二維度的像素數(shù)由所述面陣光電檢測器的第一方向的像元數(shù)決定，第三維度的單元數(shù)由所述面陣光電檢測器的第二方向的像元數(shù)決定。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述第一信號光的光譜范圍包括紫外至紅外波段內(nèi)的任意波段。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種成像設(shè)備，包括上述的光譜成像系統(tǒng)。

第三方面，本發(fā)明實施例還提供了一種數(shù)據(jù)處理方法，運行于上述光譜成像系統(tǒng)中的微控制器。所述方法包括：根據(jù)接收到的所述電信號，得到第一編碼數(shù)據(jù)；根據(jù)預(yù)設(shè)的第一編碼序列對所述第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到光譜成像數(shù)據(jù)，其中，所述第一編碼序列與所述阿達瑪模板對應(yīng)。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述光譜成像系統(tǒng)中的面陣光電檢測器為A×B的陣列光電檢測器，所述阿達瑪模板為應(yīng)用N階S循環(huán)矩陣構(gòu)建的一維循環(huán)編碼模板。所述根據(jù)預(yù)設(shè)的第一編碼序列對所述第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到所述光譜成像數(shù)據(jù)，包括：根據(jù)公式：X_(A,B,N)＝S^-1·Y_(A,B,N)得到解碼后的第一解碼數(shù)據(jù)，其中，X_(A,B,N)表示所述第一解碼數(shù)據(jù)，S表示由所述阿達瑪模板對應(yīng)的N個編碼序列構(gòu)成的矩陣，Y_(A,B,N)表示所述第一編碼數(shù)據(jù)；根據(jù)公式：λ_a＝λ₀+k·a+w·(a-1)將第一解碼數(shù)據(jù)X_(A,B,N)轉(zhuǎn)換為光譜成像數(shù)據(jù)X_(λ,B,N)，其中，λ_a表示所述面陣光電檢測器的第a+1列像元對應(yīng)的波長，a為1至A-1的整數(shù)，λ₀表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器的第1列像元對應(yīng)的波長，k表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值，w表示預(yù)設(shè)的隨著所述面陣光電檢測器的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值。

在本發(fā)明較佳的實施例中，所述光譜成像系統(tǒng)中的面陣光電檢測器為A×B的陣列光電檢測器，所述阿達瑪模板為應(yīng)用N階S循環(huán)矩陣構(gòu)建的一維循環(huán)編碼模板，所述根據(jù)預(yù)設(shè)的第一編碼序列對所述第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到所述光譜成像數(shù)據(jù)，包括：根據(jù)公式：X_(A,B,N)＝S^-1·Y_(A,B,N)得到解碼后的第一解碼數(shù)據(jù)，其中，X_(A,B,N)表示所述第一解碼數(shù)據(jù)，S表示由所述阿達瑪模板對應(yīng)的N個編碼序列構(gòu)成的矩陣，Y_(A,B,N)表示所述第一編碼數(shù)據(jù)；將所述第一解碼數(shù)據(jù)的第三維度的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的多個第二編碼序列中的每個所述第二編碼序列相乘，得到與每個所述第二編碼序列對應(yīng)的數(shù)組；對得到的每個數(shù)組分別進行求和，得到第二編碼數(shù)據(jù)；根據(jù)所述多個第二編碼序列對所述第二編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到第二解碼數(shù)據(jù)；根據(jù)公式：λ_a＝λ₀+k·a+w·(a-1)將所述第二解碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光譜成像數(shù)據(jù)，其中，λ_a表示所述面陣光電檢測器的第a+1列像元對應(yīng)的波長，a為1至A-1的整數(shù)，λ₀表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器的第1列像元對應(yīng)的波長，k表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值，w表示預(yù)設(shè)的隨著所述面陣光電檢測器的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值。

本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)中，入射的第一信號光經(jīng)第一透鏡組準(zhǔn)直并聚焦到阿達瑪模板，經(jīng)阿達瑪模板編碼形成第二信號光，第二信號光被第二透鏡組壓縮形成第三信號光，第三信號光經(jīng)色散裝置分光處理形成按波長分散開的第四信號光，面陣光電檢測器接收第四信號光并將第四信號光轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送給微控制器。通過控制機構(gòu)對阿達瑪模板的驅(qū)動，重復(fù)上述過程，微控制器通過本發(fā)明實施例提供的數(shù)據(jù)處理方法對接收到的信號進行處理形成成像光譜數(shù)據(jù)即光譜數(shù)據(jù)立方。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)通過面陣光電檢測器與色散裝置配合能夠更快速地獲取到高光譜分辨率的光譜數(shù)據(jù)立方，有利于實際使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的色散裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)采集到的光譜數(shù)據(jù)立方的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的數(shù)據(jù)處理方法的方法流程圖。

圖中：10-光譜成像系統(tǒng)；101-第一透鏡組；102-光闌；103-阿達瑪模板；104-第二透鏡組；105-色散裝置；106-面陣光電檢測器；107-微控制器；201-入射狹縫；202-準(zhǔn)光鏡；203-色散元件；204-聚光鏡。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“前”、“后”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術(shù)語“垂直”并不表示要求部件絕對水平或垂直，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“光耦合”、“電連接”應(yīng)做廣義理解，例如，“光耦合”可以是直接耦合，也可以通過中間媒介間接耦合，或者是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1示出了本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)。如圖1所示，該光譜成像系統(tǒng)10包括：第一透鏡組101、阿達瑪模板103、第二透鏡組104、色散裝置105、面陣光電檢測器106以及微控制器107。第一透鏡組101、阿達瑪模板103、第二透鏡組104、色散裝置105、面陣光電檢測器106依次設(shè)置，面陣光電檢測器106與微控制器107電連接。

本實施例中，第一透鏡組101用于將入射的第一信號光準(zhǔn)直并聚焦到阿達瑪模板103。其中，入射的第一信號光為樣品的成像光，例如，該成像光可以為激發(fā)光源照射到樣品后得到的熒光或拉曼散射光。當(dāng)然，成像光也可以是寬光譜光源照射到樣品后得到的透射光?？梢岳斫獾氖牵?dāng)成像光為樣品的透射光時，需要預(yù)先存儲該寬光譜光源的發(fā)射光的光譜強度作為基準(zhǔn)光譜強度，以便于對所檢測到的透射光的光譜強度與上述基準(zhǔn)光譜強度進行處理，從而實現(xiàn)樣品的透射光光譜成像。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述第一信號光的光譜范圍可以包括紫外至紅外波段內(nèi)的任意波段。例如，上述第一信號光可以為可見光波段，也可以為紅外波段。

需要說明的是，第一透鏡組101和阿達瑪模板103之間還設(shè)置有光闌102，控制入射到阿達瑪模板103上的第一信號光的口徑，使得聚焦到阿達瑪模板103上的光斑尺寸與阿達瑪模板103的尺寸匹配。

進一步，阿達瑪模板103用于在控制機構(gòu)的驅(qū)動下對入射到該阿達瑪模板103的第一信號光進行編碼形成第二信號光。本實施例中，阿達瑪模板103可以采用一維循環(huán)編碼模板，其序列由循環(huán)S矩陣生成。需要說明的是，為了盡量減小衍射效應(yīng)對成像結(jié)果的影響，模板的碼元尺寸規(guī)格應(yīng)當(dāng)根據(jù)第一信號光的具體波段設(shè)計。阿達瑪模板103包括多個碼元，每個碼元對光的調(diào)制只存在兩種工作狀態(tài)，例如，編碼序列由“1”和“0”組成，透光的碼元對應(yīng)編碼“1”，不透光的碼元對應(yīng)編碼“0”。

具體的，一維循環(huán)編碼模板可以采用移動式機械模板，例如，采用蝕刻工藝加工鍍有金屬的玻璃片制作而成。需要注意的是，為了生成N階S矩陣對應(yīng)的N組編碼，碼元應(yīng)當(dāng)具有2N-1條才能保證鍍膜金屬玻璃片阿達瑪模板103通過機械運動生成完整的N組編碼。由于S循環(huán)模板可以從任意碼元起始，且N組編碼間不要求順序，考慮到實際的模板定位精度，可以適當(dāng)增加碼元的數(shù)量來保證模板編碼區(qū)域與光闌102的通光孔的對位容差。

當(dāng)然，除了采用移動式機械模板外，還可以采用液晶空間光調(diào)制器或者數(shù)字微鏡陣列器件作為阿達瑪模板103，此時，模板變換時不需移動模板，只需按照預(yù)設(shè)的編碼序列依次生成所需的碼元，即碼元只需要N條，也可以不需要增加碼元條數(shù)的容差設(shè)計。

考慮到編碼數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)成本，本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)10中，一維循環(huán)編碼模板可以優(yōu)選采用移動式機械模板。此時，上述一維循環(huán)編碼模板可以在控制機構(gòu)的驅(qū)動下作直線運動，從而得到不同的阿達瑪模板103，分別對入射的第一信號光進行編碼調(diào)制。假設(shè)一維循環(huán)編碼模板應(yīng)用N階S循環(huán)矩陣構(gòu)建，其最少包括2N-1條碼元。例如，N＝7，對應(yīng)的S循環(huán)矩陣是1110100，一維循環(huán)編碼模板包括的碼元對應(yīng)的編碼依次為：1110100111010，若考慮定位誤差增加三條碼元即1110100111010011。若第1次檢測時，對第一信號光進行調(diào)制的阿達瑪模板103的編碼序列為：1110100。第2次檢測前，通過控制機構(gòu)的驅(qū)動阿達瑪模板103沿編碼方向移動一個碼元，使得第2次檢測時對第一信號光進行調(diào)制的阿達瑪模板103的編碼序列為：1101001，依次類推，直至第7次檢測前，通過控制機構(gòu)的驅(qū)動阿達瑪模板103沿編碼方向移動一個碼元，使得第7次檢測時對第一信號光進行調(diào)制的阿達瑪模板103的編碼序列為：0111010。

此時，控制機構(gòu)(圖中未示出)可以包括電動機，例如，可以通過步進電機帶動螺桿傳動組件，從而驅(qū)動阿達瑪模板103作直線運動。

進一步，經(jīng)阿達瑪模板103調(diào)制后出射的第二信號光，繼續(xù)入射到第二透鏡組104。第二透鏡組104用于將入射的第二信號光壓縮為與面陣光電檢測器106匹配的第三信號光。也就是說，第二透鏡組104具有改變第二信號光的成像尺寸大小的功能。本實施例中，第二透鏡組104可以采用柱面鏡組，第二信號光被柱面鏡組在色散裝置105的入射點處聚焦成矩形光斑。

具體的，如圖2所示，色散裝置105可以包括入射狹縫201、準(zhǔn)光鏡202、色散元件203以及聚光鏡204。色散裝置105的入射狹縫201與第二透鏡組104的出射端光耦合，且入射狹縫201、準(zhǔn)光鏡202、色散元件203、聚光鏡204、面陣光電檢測器106依次設(shè)置。第二透鏡組104出射的第三信號光入射到入射狹縫201，通過入射狹縫201的第三信號光經(jīng)準(zhǔn)光鏡202準(zhǔn)直后入射到色散元件203，經(jīng)色散元件203色散后形成所述第四信號光，所述第四信號光經(jīng)聚光鏡204按波長聚焦到面陣光電檢測器106的表面。

其中，入射狹縫201用于阻止第三信號光以外的光進入色散裝置105。可以理解的是，為了減小損耗，盡量得到完整的圖像信息及光譜信息，第二信號光經(jīng)柱面鏡組處理后聚焦在入射狹縫201處的光斑尺寸與入射狹縫201的尺寸適配。優(yōu)先的，該光斑的形狀與入射狹縫201的形狀一致，且該光斑的面積與入射狹縫201的面積一致，以使得入射狹縫201在阻止其他雜散光的同時，能夠最大程度地通過第三信號光。例如，當(dāng)聚焦到入射狹縫201處的光斑形狀為矩形時，入射狹縫201為與該光斑對應(yīng)的矩形狹縫。

本實施例中，色散元件203可以為棱鏡、光柵或棱鏡及光柵的組合。例如，當(dāng)色散元件203為光柵時，可以采用反射式閃耀光柵。

準(zhǔn)光鏡202用于將通過上述入射狹縫201的第三信號光準(zhǔn)直為平行光，并使得通過上述入射狹縫201的第三信號光入射到色散元件203。聚光鏡204具有匯聚作用，用于將色散元件203出射的光聚焦到面陣光電檢測器106。能夠?qū)崿F(xiàn)光束準(zhǔn)直功能的準(zhǔn)光鏡202和能夠?qū)崿F(xiàn)光束匯聚最用的聚光鏡204均有多種，為了減小整個色散裝置105的空間占用，準(zhǔn)光鏡202和聚光鏡204均可以優(yōu)選采用凹面反射鏡。

當(dāng)然，除了上述實施方式外，本發(fā)明實施例中，也可以采用能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的其他結(jié)構(gòu)的色散裝置105。

面陣光電檢測器106包括面陣光電檢測器106用于接收所述色散裝置105出射的所述第四信號光，將所述第四信號光轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送至所述微控制器107。本發(fā)明實施例中，面陣光電檢測器106可以采用面陣灰度光電檢測器。例如，可以采用長寬為A×B的面陣灰度光電檢測器，即該光電檢測器的行方向包括A個像元，列方向包括B個像元，A與B可以相等，也可以不等，且均與S矩陣的階數(shù)N不相關(guān)。

為了保證從色散裝置105出射的第四信號光能夠完全地被面陣光電檢測器106所獲取，以得到盡量完整的圖像信息，面陣光電檢測器106的尺寸與由第二透鏡組104出射后聚焦到色散裝置105的入射狹縫201處的光斑尺寸相匹配。具體的，面陣光電檢測器106的列方向的長度優(yōu)選大于或等于該光斑的高度方向的尺寸。需要說明的是，面陣光電檢測器106的列方向與該光斑的高度方向一致。此外，面陣光電檢測器106的行方向的像元用于檢測第四信號光包括的不同波長的單色光的光譜信息，且面陣光電檢測器106的行方向的長度與色散裝置105的光譜分辨率決定了本光譜成像系統(tǒng)10所能夠獲取的光譜范圍，面陣光電檢測器106的每個像元沿上述行方向的長度與色散裝置105的光譜分辨率決定了本光譜成像系統(tǒng)10的光譜分辨率。

因此，當(dāng)采用的面陣光電檢測器106的行方向的長度不同時，可得到不同的光譜獲取范圍。當(dāng)采用的面陣光電檢測器106的像元沿上述行方向的長度不同時，可得到不同的光譜分辨率。當(dāng)色散裝置105的色散元件203為光柵時，采用不同線數(shù)的光柵，即可得到不同的光譜獲取范圍及光譜分辨率。

本發(fā)明實施例中，通過上述色散裝置105與面陣光電檢測器106的配合，使得第四信號光即經(jīng)聚光鏡204的匯聚處理的色散后的編碼光聚焦在面陣光電檢測器106表面，被不同位置的光電檢測器像元進行對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)至微控制器107。因此，相比于現(xiàn)有的單色儀，本發(fā)明實施例提供的色散裝置105不包括出射狹縫以及驅(qū)動色散元件203轉(zhuǎn)動的驅(qū)動部件。此時，面陣光電檢測器106能夠直接有效地接收到入射的第一信號光中包括的圖像信息以及光譜信息。

微控制器107可以包括集成電路芯片，其具有信號的處理能力。微控制器107用于處理由面陣光電檢測器106發(fā)送的電信號得到成像光譜數(shù)據(jù)。例如，微控制器107可以包括單片機、DSP、ARM或FPGA等具有數(shù)據(jù)處理功能的芯片。當(dāng)然，本實施例中，微控制器107可以為計算機。

為了更清楚的說明本實施例的方案，下面將對本實施例提供的光譜成像系統(tǒng)10的工作過程作進一步描述。

假設(shè)阿達瑪模板103為應(yīng)用N階S循環(huán)矩陣構(gòu)建的一維循環(huán)模板，面陣光電檢測器106為長寬為A×B的面陣灰度光電檢測器。此時，為了得到高分辨率的成像光譜數(shù)據(jù)即光譜數(shù)據(jù)立方，需要變換N次阿達瑪模板103，且每變換一次阿達瑪模板103，則進行一次檢測，也就是要進行N次檢測。

第1次檢測時，控制機構(gòu)未開始工作，阿達瑪模板103處于初始狀態(tài)，此時阿達瑪模板103對應(yīng)的編碼序列為S₁，通過微控制器107處理得到此時面陣灰度光電檢測器接收到的第四信號光對應(yīng)的數(shù)據(jù)為矩陣y₁；第一次檢測完成后，通過控制機構(gòu)驅(qū)動阿達瑪模板103沿編碼方向移動一個碼元；此時阿達瑪模板103對應(yīng)的編碼序列為S₂，開始第2次檢測，通過微控制器107處理得到此時面陣灰度光電檢測器接收到的第四信號光對應(yīng)的數(shù)據(jù)為矩陣y₂；依次類推，直至第N-1次檢測完成后，通過控制機構(gòu)驅(qū)動阿達瑪模板103沿編碼方向移動一個碼元；此時阿達瑪模板103對應(yīng)的編碼序列為S_N，開始第N次檢測，通過微控制器107處理得到此時面陣灰度光電檢測器接收到的第四信號光對應(yīng)的數(shù)據(jù)為矩陣y_N。

進一步，微控制器107根據(jù)矩陣y₁、y₂、……、y_N以及與矩陣y₁對應(yīng)的編碼序列S₁、與矩陣y₂對應(yīng)的編碼序列S₂、……、以及與矩陣y_N對應(yīng)的編碼序列S_N即可得到入射的第一信號光的成像光譜數(shù)據(jù)，即光譜數(shù)據(jù)立方。

光譜數(shù)據(jù)立方包括入射到本光譜成像系統(tǒng)10的第一信號光所成的圖像信息以及光譜信息。具體的，所述成像光譜數(shù)據(jù)包括三個維度的信息。其中，第一維度(圖3中的X軸方向)的信息和第二維度(圖3中的Y軸方向)的信息組成上述圖像信息，且第一維度的像素數(shù)由阿達瑪模板103的編碼位數(shù)決定，第二維度的像素數(shù)由面陣光電檢測器106的第一方向的像元數(shù)決定。第三維度(圖3中的Z軸方向)表示光譜信息。第三維度的單元數(shù)由所述面陣光電檢測器106的第二方向的像元數(shù)決定。所述第一方向即為面陣光電檢測器106的列方向，所述第二方向即為面陣光電檢測器106的行方向。因此，根據(jù)實際應(yīng)用需要，本發(fā)明實施例可以通過阿達瑪模板103的編碼位數(shù)以及面陣光電檢測器106的列方向的像元數(shù)得到不同的圖像分辨率，如128×128像素、128×256像素、256×256像素和512×512像素等。

得到如圖3所示的光譜數(shù)據(jù)立方后，可以從該光譜數(shù)據(jù)立方里以某一波長抽出對應(yīng)圖像信息，也可以某一像素或某一區(qū)域的若干像素，抽出對應(yīng)光譜信息。

另外，本發(fā)明實施例還提供了一種具體的應(yīng)用場景。將來自顯微鏡的熒光成像信號作為第一信號光，引入本光譜成像系統(tǒng)10，成像光透過光闌102、聚焦于阿達瑪模板103，經(jīng)過阿達瑪模板103調(diào)制的光，被柱面鏡組在色散裝置105的入射狹縫201處聚焦成為與入射狹縫201尺寸匹配的細(xì)長矩形光斑。該光斑即樣品的清晰編碼圖像，且定位于入射狹縫201的刀口正中央。進入色散裝置105后色散元件203分光，色散光束聚焦到面陣灰度光電檢測器的像元表面。通過控制機構(gòu)調(diào)控阿達瑪模板103進行阿達瑪變換，微控制器107接收面陣灰度光電檢測器發(fā)送的電信號，處理得到顯微鏡下檢測到的熒光光譜成像數(shù)據(jù)立方。該光譜數(shù)據(jù)立方的每一個像素均可提取對應(yīng)的熒光光譜信息。通過光譜去混合方法，可以將熒光標(biāo)記區(qū)域進行提取與量化。

下面將對微控制器107處理由面陣光電檢測器106發(fā)送的電信號得到成像光譜數(shù)據(jù)的方法進行具體描述。微控制器107包括存儲器和處理器，存儲器可以用于本實施例提供的數(shù)據(jù)處理方法對應(yīng)的指令或模塊，處理器用于執(zhí)行存儲于存儲器中的各指令或模塊得到處理結(jié)果。

請參閱圖4，本發(fā)明實施例還提供了一種數(shù)據(jù)處理方法，應(yīng)用于上述光譜成像系統(tǒng)10中的微控制器107，對接收到的電信號進行處理，得到成像光譜數(shù)據(jù)。如圖4所示，所述方法包括：

步驟S101，根據(jù)接收到的所述電信號，得到第一編碼數(shù)據(jù)；

可以理解的是，本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)10中，面陣光電檢測器106接收到的第四信號光為入射的第一信號光經(jīng)過阿達瑪模板103編碼后，進一步經(jīng)過第二透鏡組104的壓縮處理以及色散裝置105的色散后形成的。因此，面陣光電檢測器106將接收到的第四信號光轉(zhuǎn)換為電信號后，發(fā)送到微控制器107，微控制器107對該電信號進行處理得到的是經(jīng)過阿達瑪模板103編碼的第一信號光，即上述第二信號光對應(yīng)的數(shù)據(jù)，作為第一編碼數(shù)據(jù)。

需要說明的是，由于需要對上述第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼，需要根據(jù)阿達瑪模板103的通道數(shù)進行多次阿達瑪變換編碼，即進行多次檢測得到不同編碼碼元對應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。因此，步驟S101中，電信號包括多個子信號，第一編碼數(shù)據(jù)包括多個子編碼數(shù)據(jù)，多個子信號與多個子編碼數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。當(dāng)然，阿達瑪模板103的通道數(shù)、面陣光電檢測器106的數(shù)據(jù)采集次數(shù)以及子信號的數(shù)量相等。采用上述光譜成像系統(tǒng)10對當(dāng)前入射的第一信號光進行檢測時，阿達瑪模板103的每個編碼序列均對應(yīng)于一個子信號。

步驟S102，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一編碼序列對所述第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到光譜成像數(shù)據(jù)，其中，所述第一編碼序列與所述光譜成像系統(tǒng)10中的阿達瑪模板對應(yīng)。

其中，第一編碼序列可以預(yù)先存儲于微控制器107的處理器中，當(dāng)微控制器107包括有輸入輸出裝置，如鼠標(biāo)、鍵盤或觸摸屏?xí)r，也可以是用戶采用輸入輸出裝置實時輸入?？梢岳斫獾氖?，上述光譜成像系統(tǒng)10中，阿達瑪模板103的碼元是該第一編碼序列設(shè)置的。因此，通過第一編碼序列可以對步驟S101得到的第一編碼數(shù)據(jù)進行解碼，從而得到光譜成像數(shù)據(jù)。

具體的，若阿達瑪模板103為應(yīng)用N階S循環(huán)矩陣構(gòu)建的一維循環(huán)模板，若光譜成像系統(tǒng)10中的面陣光電檢測器106為長寬為A×B的灰度光電檢測器。阿達瑪模板103的編碼序列包括S₁、S₂、……、S_N，對應(yīng)的第一編碼數(shù)據(jù)包括矩陣y₁、y₂、……、y_N，每個矩陣表示一個子編碼數(shù)據(jù)，每個編碼序列對應(yīng)于一個子編碼數(shù)據(jù)。

具體的，步驟S102的實施方式可以為：

根據(jù)公式：X_(A,B,N)＝S^-1·Y_(A,B,N)得到解碼后的第一解碼數(shù)據(jù)。其中，X_(A,B,N)表示所述第一解碼數(shù)據(jù)，S表示由所述阿達瑪模板103對應(yīng)的N個編碼序列構(gòu)成的矩陣，Y_(A,B,N)表示所述第一編碼數(shù)據(jù)。

進一步，再通過預(yù)設(shè)的光譜定標(biāo)信息，將行方向的像元序列A轉(zhuǎn)換為光譜波長λ。具體的，可以根據(jù)公式：λ_a＝λ₀+k·a+w·(a-1)將第一解碼數(shù)據(jù)X_(A,B,N)轉(zhuǎn)換為光譜成像數(shù)據(jù)X_(λ,B,N)，其中，λ_a表示所述面陣光電檢測器106的第a+1列像元對應(yīng)的波長，a為1至A-1的整數(shù)，λ₀表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的波長，k表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值，w表示預(yù)設(shè)的隨著所述面陣光電檢測器106的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值。

其中，預(yù)設(shè)的光譜定標(biāo)信息可以通過標(biāo)準(zhǔn)光譜光源對色散裝置105以及面陣光電檢測器106進行標(biāo)定得到。光譜定標(biāo)信息可以包括：面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的波長、面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值以及隨著所述面陣光電檢測器106的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值。光譜定標(biāo)信息可以預(yù)先存儲在微控制器107的存儲器中，也可以通過微控制器107的輸入輸出裝置實時輸入。

例如，面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的波長為500nm，面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值為2nm，隨著所述面陣光電檢測器106的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值為0.1nm時，λ₀＝500nm，λ₁＝502nm，λ₂＝504.1nm等。

此時，則將第一解碼數(shù)據(jù)X_(A,B,N)轉(zhuǎn)換為光譜成像數(shù)據(jù)X_(λ,B,N)，即得到光譜成像的數(shù)據(jù)立方，其中，λ表示光譜維度，即圖3所示的三維圖像的Z方向，N為圖3所示的三維圖像的X方向，B為圖3所示的三維圖像的Y方向。

進一步的，為了提高所得到的光譜成像數(shù)據(jù)的光譜分辨率，步驟S102的具體實施方式還可以為：

根據(jù)公式：X_(A,B,N)＝S^-1·Y_(A,B,N)得到解碼后的第一解碼數(shù)據(jù)，其中，X_(A,B,N)表示所述第一解碼數(shù)據(jù)，S表示由所述阿達瑪模板103對應(yīng)的N個編碼序列構(gòu)成的矩陣，Y_(A,B,N)表示所述第一編碼數(shù)據(jù)；

將所述第一解碼數(shù)據(jù)的第三維度的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的多個第二編碼序列中的每個所述第二編碼序列相乘，得到與每個所述第二編碼序列對應(yīng)的數(shù)組；其中，多個第二編碼序列可以預(yù)先存儲于微控制器107的存儲器中。例如，多個第二編碼序列可以根據(jù)使用M階循環(huán)S循環(huán)矩陣設(shè)置，其中，M與N不相關(guān)。

對得到的每個數(shù)組分別進行求和，得到第二編碼數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述多個第二編碼序列對所述第二編碼數(shù)據(jù)進行解碼得到第二解碼數(shù)據(jù)X′_(A,B,N)；

根據(jù)公式：λ_a＝λ₀+k·a+w·(a-1)將第二解碼數(shù)據(jù)X′_(A,B,N)轉(zhuǎn)換為光譜成像數(shù)據(jù)X′_(λ,B,N)，其中，λ_a表示所述面陣光電檢測器106的第a+1列像元對應(yīng)的波長，a為1至A-1的整數(shù)，λ₀表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的波長，k表示預(yù)設(shè)的所述面陣光電檢測器106的第1列像元對應(yīng)的光譜寬度值，w表示預(yù)設(shè)的隨著所述面陣光電檢測器106的像元列數(shù)的增加對應(yīng)的光譜寬度的變化值。

需要說明的是，當(dāng)?shù)诙尉幋a使用M階循環(huán)S循環(huán)矩陣時，相比于光譜成像數(shù)據(jù)X_(λ,B,N)，光譜成像數(shù)據(jù)X′_(λ,B,N)在光譜維度靈敏度上提高了(M+1)/(2×M^1/2)倍。

綜上所述，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的光譜成像系統(tǒng)10通過面陣光電檢測器106與色散裝置105的配合，大大壓縮了光譜成像數(shù)據(jù)采集的時間消耗，能夠更快速地獲取到高光譜分辨率的光譜數(shù)據(jù)立方，有利于實際使用。

另外，本發(fā)明實施例還提供了一種包括上述的光譜成像系統(tǒng)10的成像設(shè)備。由于裝備有上述光譜成像系統(tǒng)10，該光譜成像設(shè)備能夠通過該光譜成像系統(tǒng)10快速獲取到高光譜分辨率的光譜數(shù)據(jù)立方。例如，光譜成像設(shè)備可以為裝備有該光譜成像系統(tǒng)10的顯微鏡、夜視儀、遙感設(shè)備、飛機、衛(wèi)星等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。