一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法及裝置，其中，干涉光譜成像儀相位誤差修正方法包括對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT快速傅立葉逆變換得到相位因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行FFT快速傅立葉變換得到對(duì)稱化函數(shù)；將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖；對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述卷積干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子；根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所述復(fù)原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函數(shù)。先在時(shí)域?qū)Ω缮鎴D進(jìn)行修正，再在頻域?qū)庾V函數(shù)進(jìn)行修正，提高復(fù)原光譜的精度，同時(shí)兼顧計(jì)算速度。
【專利說明】一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及干涉光譜成像儀【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種干涉光譜成像儀相位誤差修 正方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 干涉光譜成像技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型信息獲取技術(shù)，由于具 有諸多原理性的優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測、資源調(diào)查等諸多領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值和潛力。在應(yīng) 用需求的牽引和推動(dòng)下，在短短十幾年的時(shí)間里，干涉光譜成像技術(shù)得到了飛速發(fā)展，出現(xiàn) 了多種形式的干涉光譜成像儀，并在航空航天遙感中發(fā)揮了重要的作用。
[0003] 由于干涉光譜成像儀獲取的干涉數(shù)據(jù)是一種中間數(shù)據(jù)，不能為用戶直接所用，必 須通過光譜復(fù)原后才能得到為用戶所用的光譜數(shù)據(jù)。理想情況下，儀器獲得的干涉圖是對(duì) 稱干涉圖，傅立葉變換后虛部為零，復(fù)原得到的譜函數(shù)為實(shí)函數(shù)，而實(shí)際上，由于數(shù)據(jù)采集 和儀器研制過程中存在各種各樣的誤差，導(dǎo)致獲取的干涉圖不再對(duì)稱，對(duì)它直接進(jìn)行處理 得到的光譜函數(shù)將是個(gè)復(fù)數(shù)，也就是說它的虛數(shù)部分不為零。如果僅僅使用復(fù)數(shù)光譜函數(shù) 的實(shí)數(shù)部分表示真實(shí)光譜，就會(huì)存在誤差。為了得到目標(biāo)的真實(shí)光譜，必須對(duì)干涉儀得到的 每一幅干涉圖進(jìn)行相位誤差修正。
[0004] 目前常用的相位誤差修正方法有三種：絕對(duì)值法、Mertz法和Forman法。
[0005] 絕對(duì)值法適用于雙邊采樣干涉圖，由于采用平方和計(jì)算目標(biāo)光譜，將所有噪聲都 轉(zhuǎn)化為正值，所以復(fù)原光譜的信噪比較低，在對(duì)復(fù)原光譜精度要求較高的情況下并不適用。 另外，為了減小數(shù)據(jù)量，降低對(duì)傳輸帶寬的要求，干涉光譜成像儀通常采用單邊過零采樣方 式，所以相對(duì)來說，Mertz法和Forman法更為常用。
[0006] Mertz法主要是在頻域?qū)?fù)原光譜進(jìn)行修正處理。具體的，首先對(duì)濾波、切趾后 的干涉圖（以下簡稱預(yù)處理干涉圖）做傅立葉逆變換，得到光譜函數(shù)，然后再提取預(yù)處理 干涉圖的小雙邊部分做傅立葉逆變換，計(jì)算相位誤差軻V) <最后利用相位誤差指數(shù)因子 expt>〇^與光譜函數(shù)相乘，取其實(shí)數(shù)部分即為復(fù)原光譜。Mertz法算法簡單，但只做一次修 正處理，修正精度有限。
[0007] Forman法主要是在時(shí)域?qū)Ω缮鎴D進(jìn)行修正處理。具體的，提取預(yù)處理干涉圖的 小雙邊部分做傅立葉逆變換，計(jì)算相位誤差舛4，再對(duì)f?，)做傅立葉變換，得到對(duì)稱函數(shù) F (X)，將F (X)進(jìn)行濾波，切趾后與預(yù)處理干涉圖做卷積處理，得到卷積干涉圖，再提取卷積 干涉圖的小雙邊部分計(jì)算相位誤差和對(duì)稱函數(shù)，與卷積干涉圖繼續(xù)做卷積處理，重復(fù)以上 步驟，經(jīng)過多次卷積后原干涉圖就變成對(duì)稱干涉圖，這時(shí)再做傅立葉逆變換即可得到目標(biāo) 光譜。Forman法計(jì)算精度較高，但多次卷積處理會(huì)影響處理效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法及裝置，改善 修正精度與處理速度。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，包括：
[0011] 對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT快速傅立葉逆變換得到 相位因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行FFT快速傅立葉變換得到對(duì)稱化函數(shù)；
[0012] 將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖；
[0013] 對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述卷積干涉圖的小雙 邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子；
[0014] 根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所述復(fù)原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函數(shù)。
[0015] 一種干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，包括：
[0016] 干涉圖修正單元，用于對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT 快速傅立葉逆變換得到相位因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行FFT快速傅立葉變換得到對(duì)稱 化函數(shù)；用于將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖；
[0017] 光譜修正單元，用于對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述 卷積干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子；用于根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所 述復(fù)原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函數(shù)。
[0018] 由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，先在時(shí)域?qū)Ω缮鎴D進(jìn)行修正，再 在頻域?qū)庾V函數(shù)進(jìn)行修正，提高復(fù)原光譜的精度，同時(shí)兼顧計(jì)算速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例干涉光譜成像儀相位誤差修正方法的流程示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置的構(gòu)成示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例干涉光譜成像儀相位誤差修正方法的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本 發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，包括：
[0025] 步驟11、對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT(Inverse Fast Fourier Transformation,快速傅立葉逆變換）得到相位因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行 FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅立葉變換）得到對(duì)稱化函數(shù)；
[0026] 步驟12、將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖；
[0027] 步驟13、對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述卷積干涉圖 的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子；
[0028] 步驟14、根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所述復(fù)原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函 數(shù)。
[0029] 步驟11、12可以理解為在時(shí)域?qū)Ω缮鎴D進(jìn)行修正，卷積干涉圖可理解為干涉圖修 正圖。
[0030] 步驟13、14可以理解為進(jìn)行光譜復(fù)原，并在頻域?qū)庾V函數(shù)進(jìn)行修正。
[0031] 由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，先在時(shí)域?qū)Ω缮鎴D進(jìn)行修正，再 在頻域?qū)庾V函數(shù)進(jìn)行修正，提高復(fù)原光譜的精度，同時(shí)兼顧計(jì)算速度，可廣泛應(yīng)用的干涉 型光譜成像儀相位誤差修正方法，解決Mertz法修正精度低,Forman法運(yùn)算速度慢的問題， 對(duì)單邊過零采樣干涉圖和雙邊采樣干涉圖具有普遍的適用性。
[0032] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，單邊過零采樣和雙邊采樣是干涉圖的兩種采樣方式， 單邊過零采樣可以理解為適當(dāng)保留部分過零數(shù)據(jù)的采樣，即光程差從-Λ?+L(其中 Λ〈L)，雙邊采樣可以理解為是以零光程差為中心，兩側(cè)對(duì)稱的采樣方式，即光程差從-L? +L0
[0033] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，由于零光程差附近的小雙邊干涉圖（即光程差在 [-Λ，+ Λ ]部分的干涉圖）信號(hào)強(qiáng)度較大，信噪比較高，所以使用小雙邊部分獲得相位因 子。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉 圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位因子之前，還可以包括：
[0035] 對(duì)所述干涉光譜成像儀獲取的干涉圖進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理干涉圖，所述預(yù)處 理包括濾波以及切趾；
[0036] 此時(shí)，對(duì)所述預(yù)處理干涉圖小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位因子。
[0037] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解濾波以及切趾，在此不作贅述。
[0038] 具體而言，所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)卷積處理的次數(shù)可以小于等于2次；
[0039] 當(dāng)所述卷積處理的次數(shù)為2次時(shí)，將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理 得到卷積干涉圖，包括：
[0040] 將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第一次卷積處理，得到中間卷積干涉圖；
[0041] 將所述中間卷積干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第二次卷積處理，得到卷積干涉 圖。
[0042] 可見，干涉圖與對(duì)稱化函數(shù)卷積處理為2次，避免了 Forman法進(jìn)行相位修正需要 多次卷積操作，影響修正算法的計(jì)算速度和效率的缺陷。
[0043] 具體的，所述相位因子與所述對(duì)稱化函數(shù)F(X)滿足：

【權(quán)利要求】
1. 一種干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，其特征在于，包括： 對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT快速傅立葉逆變換得到相位 因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行FFT快速傅立葉變換得到對(duì)稱化函數(shù)； 將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖； 對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述卷積干涉圖的小雙邊部 分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子； 根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所述復(fù)原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，其特征在于，所述干涉 圖與所述對(duì)稱化函數(shù)卷積處理的次數(shù)小于等于2次； 當(dāng)所述卷積處理的次數(shù)為2次時(shí)，將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到 卷積干涉圖，包括： 將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第一次卷積處理，得到中間卷積干涉圖； 將所述中間卷積干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第二次卷積處理，得到卷積干涉圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，其特征在于，所述干 涉光譜成像儀相位誤差修正方法，對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT 得到相位因子之前，還包括： 對(duì)所述干涉光譜成像儀獲取的干涉圖進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理干涉圖，所述預(yù)處理包 括濾波以及切趾； 此時(shí)，對(duì)所述預(yù)處理干涉圖小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位因子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，其特征在于，所述相位 因子舛幻與所述對(duì)稱化函數(shù)F(X)滿足：
其中，Γ(X)為預(yù)處理干涉圖，V為波數(shù)，X為光程差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正方法，其特征在于，將所述干 涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行1次卷積處理得到卷積干涉圖I1OO時(shí)： I1(X)進(jìn)行IFFT得到的復(fù)原光譜函數(shù)SB1(V) ,B1(V) =IFFni1(X)]; 對(duì)I1OO的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子為約(V): 相位誤差因子P1M與目標(biāo)光譜函數(shù)B(v)滿足：B(v) Cxpl^1(V)I 其中，real表示取傅立葉變換譜的實(shí)數(shù)部分； 或者，將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行2次卷積處理得到卷積干涉圖I2(X)時(shí)： I2(X)進(jìn)行IFFT得到的復(fù)原光譜函數(shù)*B2(v)，B2(v) =IFFT[I2(X)]; 對(duì)I2OO的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子為灼(i'); 相位誤差因子化)與目標(biāo)光譜函數(shù)B(V)滿足：Vβ(ν) =red/{S2(V) exp[i>2(v)|， 其中，real表示取傅立葉變換譜的實(shí)數(shù)部分。
6. -種干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，其特征在于，包括： 干涉圖修正單元，用于對(duì)干涉光譜成像儀獲取的干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT快速 傅立葉逆變換得到相位因子，以及對(duì)所述相位因子進(jìn)行FFT快速傅立葉變換得到對(duì)稱化函 數(shù)；用于將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行卷積處理得到卷積干涉圖； 光譜修正單元，用于對(duì)所述卷積干涉圖進(jìn)行IFFT得到復(fù)原光譜函數(shù)，以及對(duì)所述卷積 干涉圖的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子；用于根據(jù)所述相位誤差因子對(duì)所述復(fù) 原光譜函數(shù)進(jìn)行修正，得到目標(biāo)光譜函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，其特征在于，所述干涉 圖與所述對(duì)稱化函數(shù)卷積處理的次數(shù)小于等于2次； 當(dāng)所述卷積處理的次數(shù)為2次時(shí)，所述干涉圖修正單元，具體用于： 將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第一次卷積處理，得到中間卷積干涉圖； 將所述中間卷積干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行第二次卷積處理，得到卷積干涉圖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，其特征在于，所述干 涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，還包括預(yù)處理單元： 對(duì)所述干涉光譜成像儀的干涉圖進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理干涉圖，所述預(yù)處理包括濾 波以及切趾，此時(shí)，所述干涉圖修正單元用于對(duì)所述預(yù)處理干涉圖小雙邊部分進(jìn)行IFFT得 到相位因子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，其特征在于，所述相位 因子與所述對(duì)稱化函數(shù)F(X)滿足：
其中，Γ(X)為預(yù)處理干涉圖，V為波數(shù)，X為光程差。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的干涉光譜成像儀相位誤差修正裝置，其特征在于，所述干涉 圖修正單元，將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行1次卷積處理得到卷積干涉圖I1OO時(shí)： I1(X)進(jìn)行IFFT得到的復(fù)原光譜函數(shù)SB1(V) ,B1(V) =IFFni1(X)]; 對(duì)I1OO的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子為仍: 相位誤差因子_與目標(biāo)光譜函數(shù)B(V)滿足：樹V) =refl/俱(V) ·exp[i>,(V)]}; 其中，real表示取傅立葉變換譜的實(shí)數(shù)部分； 或者，所述干涉圖修正單元，將所述干涉圖與所述對(duì)稱化函數(shù)進(jìn)行2次卷積處理得到 卷積干涉圖I2(X)時(shí)： I2(X)進(jìn)行IFFT得到的復(fù)原光譜函數(shù)SB2(V) ,B2(V) =IFFT[I2(X)]; 對(duì)I2OO的小雙邊部分進(jìn)行IFFT得到相位誤差因子為灼(V); 相位誤差因子#2汐)與目標(biāo)光譜函數(shù)B(v)滿足：vB(v> =rea/丨52(+ν)·εχρ[ι'?92(ν)]}， 其中，real表示取傅立葉變換譜的實(shí)數(shù)部分。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK104316188SQ201410648156
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】景娟娟, 呂群波, 相里斌, 周錦松 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電研究院