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1、(10)申请公布号 CN 103604499 A (43)申请公布日 2014.02.26 CN 103604499 A (21)申请号 201310583197.1 (22)申请日 2013.11.19 G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫 200 号 (72)发明人 柏连发 张毅 岳江 韩静 汤茂飞 陈钱 顾国华 吉莉 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 朱显国 (54) 发明名称 基于反向双光路的光谱重建方法 (57) 摘要 本发明提出一种基于反向双光路。
2、的光谱重建 方法。本发明方法利用反向双光路结构获得正向 色散后的目标光谱像和逆向色散后的目标光谱 像 ； 使用反向双光路中狭缝移动及叠加作用的等 效数据矩阵的广义逆矩阵分别作用于正向色散光 谱数据矩阵和逆向色散光谱数据矩阵， 获得目标 场景正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩 阵近似值 ； 然后交叉迭代求解， 获得重建后的目 标场景光谱数据矩阵。本发明方法既能保证高通 光量又能有效地提高光谱分辨率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 6 页 说明书 10 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书6页 说明书10页 附图2页 (10)申请公布号。
3、 CN 103604499 A CN 103604499 A 1/6 页 2 1. 基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 基于反向双光路获取正向色散后的 目标光谱像和逆向色散后的目标光谱像， 然后依据正向色散后的目标光谱像和逆向色散后 的目标光谱像重建目标光谱， 所述反向双光路结构包括目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 、 第一色散元 件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 、 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和第二 CCD 相机 （10） ； 目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 。
4、、 分束镜 （4） 、 第一色散元件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 依次放置组成正向光路， 目标物镜 （1） 和准直镜 （3） 的焦点均在狭缝 （2） 上且为同光轴， 狭缝 （2） 的宽度方向与第一色散元件 （5） 的色散方向一致， 狭缝 （2） 的 缝宽小于准直镜 （3） 的有效聚焦宽度， 分束镜 （4） 与准直镜 （3） 以及第一色散元件 （5） 的光 轴夹角均为 45， 第一汇聚镜头 （6） 的焦平面与第一色散元件 （5） 的表面垂直 ； 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和第二 CCD 相机 （10） 依次放置并与标物镜 （1） 、 狭。
5、缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 组成反向光路， 第二色散元件 （8） 与分束镜 （4） 的光轴夹 角为 45、 而与第一色散元件 （5） 的光轴夹角为 90， 第二汇聚镜头 （9） 的焦平面与第二色 散元件 （8） 的表面垂直 ； 目标光谱经过目标物镜 （1） 汇聚到狭缝 （2） 上， 通过狭缝 （2） 的光经过准直镜 （3） 后变 成平行光并入射到分束镜 （4） 上， 一部分光透过分束镜 （4） 后垂直入射到第一色散元件 （5） 上， 经色散后的光被第一汇聚镜头 （6） 汇聚到第一 CCD 相机 （7） 上形成正向色散的目标光谱 像 ； 另一部分光经分束镜 （4） 反射后。
6、垂直入射到第二色散元件 （8） 上， 经色散后的光被第二 汇聚镜头 （9） 汇聚到第二 CCD 相机 （10） 上形成逆向色散的目标光谱像 ； 所述依据正向色散的目标光谱像和逆向色散的目标光谱像重建目标光谱的方法， 是按 行进行光谱重建， 对目标光谱每一行依次进行光谱重建后即可获得目标场景完整的光谱， 每一行的光谱重建的过程为 ： 步骤一 ： 通过推帚扫描在所述反向双光路中实现狭缝的移动及叠加作用， 狭缝宽度为 m 个像元， 狭缝移动 n 次， 在第一 CCD 相机 （7） 上获得 n 幅正向色散后的目标光谱像， 在第二 CCD 相机 （10） 上获得 n 幅逆向色散后的目标光谱像 ； 取每幅。
7、正向色散后的目标光谱像的数 据矩阵的第一行数据组成目标场景第一行像元的正向色散光谱数据矩阵 L+， 取每幅逆向色 散后的目标光谱像数据矩阵的第一行数据组成目标场景第一行像元的逆向色散光谱数据 矩阵 L-； 步骤二 ： 使用反向双光路中狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵H的广义逆矩阵H-1作 用于 L+和 L-， 获得目标场景第一行像元正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩阵 近似值 步骤三 ： 将正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩阵近似值进行交叉迭 代求解， 获得重建后的目标场景第一行像元光谱数据矩阵 P。 2. 如权利要求 1 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 狭缝 （2。
8、） 的缝宽 在 50m 至 500m 之间。 3. 如权利要求 1 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 所述正向色散 后的目标光谱像， 其在狭缝缝宽范围内的像元前后顺序和目标场景的像元前后顺序相同 ； 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 2 2/6 页 3 所述逆向色散后的目标光谱像， 其在狭缝缝宽范围内的像元前后顺序和目标场景的像元前 后顺序相反。 4. 如权利要求 1 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 所述步骤一中， 正向色散光谱数据矩阵 L+和逆向色散光谱数据矩阵 L-如下所示， 其中， 矩阵 L+和 L-的大小均为 n*p， q=k+m-。
9、1， p=k+y-1， k 为反向双光路所测量的光谱 数量， x*y 为目标场景大小。 5. 如权利要求 4 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 所述步骤二中 的狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵 H 为 ： 其中， 矩阵 H 大小为 n*w， w=m+n-1， 其元素组成只有 0 和 1， 具体为， 等效数据矩阵 H 的 每一行均只有 m 个元素为 1， 其余元素为 0， hi,j表示矩阵第 i 行第 j 列的值 ； 对于第 i 行， j 取值为 i 到 i+m-1 时， hi,j的值均为 1。 6. 如权利要求 4 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 所述正向。
10、光谱 数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩阵近似值的计算步骤如下 ： （6.2） 分别变换矩阵和矩阵的形式并记为和变 换方式为 ： 假设矩阵表示为 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 3 3/6 页 4 变换后的即 reverse表示为 变换方式为 ： 假设矩阵表示为 变换后的即 reverse表示为 （6.3） 再令 上述过程中， H-1是矩阵 H 的广义逆矩阵， W 是设置的一个位置矩阵， 具体为 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 4 4/6 页 5 求取 W 的方法为 : 按照行表示不同的像元、 列表示不同光谱， 假设重新排列目标场景第一行像元可得大 小为 k*y。
11、 的光谱数据矩阵 P， 当狭缝宽度等于 y， 则目标场景第一行像元正向光谱数据矩阵可用大小为 y*d 的数据 矩阵表示， d=k+y-1， 其中， 数据添零位移均是为了模拟色散的物理过程 ； 目标场景第一行像元逆向光谱数据矩阵可用大小为 y*d 的数据矩阵表示， d=k+y-1， 和矩阵中非零元素的位置均相同， 将或中非零的元素置为 1 后即得到 W， 其大小为 y*d， 且 d=k+y-1。 7. 如权利要求 4 所述的基于反向双光路的光谱重建方法， 其特征在于， 所述步骤三中 将和进行交叉迭代的计算过程为 ： 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 5 5/6 页 6 （7.2）。
12、 分别变换矩阵和矩阵的形式， 并记为和变 换方式为 ： 假设矩阵表示为 变换后的即表示为 变换方式为 ： 假设矩阵表示为 变换后的即表示为 （7.3） 再令 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 6 6/6 页 7 重复上述 （7.1） 至 （7.3） 计算过程， 解收敛获得较为精确正向光谱的等效数据矩阵和 逆向光谱的等效数据矩阵， 即目标场景第一行像元光谱数据矩阵 P。 权 利 要 求 书 CN 103604499 A 7 1/10 页 8 基于反向双光路的光谱重建方法 技术领域 0001 本发明属于光谱测量和光谱成像技术领域， 具体涉及一种基于反向双光路的光谱 重建方法。 背景。
13、技术 0002 成像光谱仪是一种能将连续光谱的目标光谱分割成多份狭窄谱段的分光仪器， 通 过对目标光谱的分析可以测量物品含有的元素。 因此， 成像光谱仪是对物质结构、 成分处理 进行分析的常用设备， 广泛应用于冶金、 地质、 化工、 医药和环境等领域。 0003 目前， 最常见的成像光谱仪是基于狭缝的光谱仪， 其光谱分辨率与狭缝宽度直接 相关。 为了达到理想的高分辨率， 其狭缝的缝宽要足够窄， 而过窄的狭缝严重限制了进入系 统的光源能量， 无法获得理想的信噪比， 有时甚至根本无法探测出信号， 这就造成了光谱分 辨率与系统通光量成了一对矛盾量， 限制了其在弱光下的应用。 0004 吴从均等在 光。
14、谱学与光谱分析 J .2013,33(8) 发表的 “基于 Offner 结构分视 场成像光谱仪光学设计” 一文中， 通过分析现有Offner成像光谱仪， 给出了一种简单的采用 凸面光栅设计成像光谱仪的方法， 该方法虽然提高了分辨率， 满足了大视场的要求， 但仍然 没有克服通过一个狭窄的狭缝实现在成像器件上直接获得光谱的不足， 其应用范围有限。 0005 申请号为 201210085114.1 中国专利申请公开了一种 “光栅成像光谱仪” ， 该方案 由于没有克服现有成像光谱仪中多为通过在前端放置较窄的狭缝实现在色散后直接获得 光源光谱的不足， 所以为了直接获得光源光谱， 狭缝就必须较窄， 造成。
15、后端能量较低， 进而 对探测器件探测能力要求较高， 或者需要所测光源能量较强， 无法在光线较弱的夜视、 生物 医学等场合使用。 0006 如何克服上述现有技术的不足， 已成为当今光谱测量和光谱成像技术领域亟待解 决的关键难题之一。 发明内容 0007 本发明针对现有基于狭缝的成像光谱仪在弱光下探测能力受限的关键问题， 提出 一种基于反向双光路的光谱重建方法， 解决了传统狭缝光谱仪在光源能量较弱和光线较弱 情况下难以获得具有高光谱分辨率目标场景光谱的问题。 0008 解决上述技术问题的技术方案为 ： 基于反向双光路获取正向色散后的目标光谱像 和逆向色散后的目标光谱像， 然后依据正向色散后的目标光。
16、谱像和逆向色散后的目标光谱 像重建目标光谱， 0009 所述反向双光路结构包括目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 、 第一色 散元件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 、 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和 第二 CCD 相机 （10） ； 0010 目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 、 第一色散元件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 依次放置组成正向光路， 目标物镜 （1） 和准直镜 （3） 的焦点均在狭缝 说 明 书 CN 103。
17、604499 A 8 2/10 页 9 （2） 上且为同光轴， 狭缝 （2） 的宽度方向与第一色散元件 （5） 的色散方向一致， 狭缝 （2） 的 缝宽小于准直镜 （3） 的有效聚焦宽度， 分束镜 （4） 与准直镜 （3） 以及第一色散元件 （5） 的光 轴夹角均为 45， 第一汇聚镜头 （6） 的焦平面与第一色散元件 （5） 的表面垂直 ； 0011 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和第二 CCD 相机 （10） 依次放置并与标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 组成反向光路， 第二色散元件 （8） 与分束镜 （4） 的光 轴夹角为 45、。
18、 而与第一色散元件 （5） 的光轴夹角为 90， 第二汇聚镜头 （9） 的焦平面与第 二色散元件 （8） 的表面垂直 ； 0012 目标光谱经过目标物镜 （1） 汇聚到狭缝 （2） 上， 通过狭缝 （2） 的光经过准直镜 （3） 后变成平行光并入射到分束镜 （4） 上， 一部分光透过分束镜 （4） 后垂直入射到第一色散元 件 （5） 上， 经色散后的光被第一汇聚镜头 （6） 汇聚到第一 CCD 相机 （7） 上形成正向色散的目 标光谱像 ； 另一部分光经分束镜 （4） 反射后垂直入射到第二色散元件 （8） 上， 经色散后的光 被第二汇聚镜头 （9） 汇聚到第二 CCD 相机 （10） 上形成逆。
19、向色散的目标光谱像 ； 0013 所述依据正向色散的目标光谱像和逆向色散的目标光谱像重建目标光谱的方法， 是按行进行光谱重建， 对目标光谱每一行依次进行光谱重建后即可获得目标场景完整的光 谱， 每一行的光谱重建的过程为 ： 0014 步骤一 ： 通过推帚扫描在所述反向双光路中实现狭缝的移动及叠加作用， 狭缝宽 度为 m 个像元， 狭缝移动 n 次， 在第一 CCD 相机 （7） 上获得 n 幅正向色散后的目标光谱像， 在第二 CCD 相机 （10） 上获得 n 幅逆向色散后的目标光谱像 ； 取每幅正向色散后的目标光谱 像的第一行组成目标场景第一行像元的正向色散光谱数据矩阵 L+， 取每幅逆向色。
20、散后的目 标光谱像的第一行组成目标场景第一行像元的逆向色散光谱数据矩阵 L-； 0015 步骤二 ： 使用反向双光路中狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵 H 的广义逆矩阵 H-1作用于L+和L-， 获得目标场景第一行像元正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据 矩阵近似值 0016 步骤三 ： 将正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩阵近似值进行交 叉迭代求解， 获得重建后的目标场景第一行像元光谱数据矩阵 P。 0017 本发明与现有技术相比， 其显著优点在于， 本发明方法通过在反向双光路结构中 采用较宽的狭缝以增加光通过量， 并利用反向双光路中的逆向光路解决了在狭缝缝宽较宽 情况下引起的光谱重叠问。
21、题， 基于此依据正向色散后的目标光谱像和逆向色散后的目标光 谱像重建目标光谱， 既能保证高通光量又能有效地提高光谱分辨率。 附图说明 0018 图 1 是本发明方法使用的反向双光路结构示意图。 0019 图 2 是本发明方法中正向色散像元顺序及光谱叠加示意图。 0020 图 3 是本发明方法中逆向色散像元顺序及光谱叠加示意图。 0021 图4是目标场景通过本发明方法重建的某一波段 （中心波长为520nm， 带宽为2nm） 光谱图。 0022 图5是目标场景通过本发明方法重建的另一波段 （中心波长为640nm， 带宽为2nm） 光谱图。 说 明 书 CN 103604499 A 9 3/10 页。
22、 10 具体实施方式 0023 首先， 如附图 1 所示， 搭建反向双光路结构， 包括目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 、 第一色散元件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 、 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和第二 CCD 相机 （10） ； 0024 目标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 、 第一色散元件 （5） 、 第一汇聚镜头 （6） 、 第一 CCD 相机 （7） 依次放置组成正向光路， 目标物镜 （1） 和准直镜 （3） 的焦点均在狭缝 （2） 上且为同光轴。
23、， 狭缝 （2） 为比一般光谱仪所采用缝隙较宽的狭缝， 其宽度方向与第一色 散元件 （5） 的色散方向一致， 狭缝 （2） 的缝宽小于准直镜 （3） 的有效聚焦宽度， 分束镜 （4） 与准直镜 （3） 以及第一色散元件 （5） 的光轴夹角均为 45， 第一汇聚镜头 （6） 的焦平面与 第一色散元件 （5） 的表面垂直 ； 0025 第二色散元件 （8） 、 第二汇聚镜头 （9） 和第二 CCD 相机 （10） 依次放置并与标物镜 （1） 、 狭缝 （2） 、 准直镜 （3） 、 分束镜 （4） 组成反向光路， 第二色散元件 （8） 与分束镜 （4） 的光 轴夹角为 45、 而与第一色散元件 （。
24、5） 的光轴夹角为 90， 第二汇聚镜头 （9） 的焦平面与第 二色散元件 （8） 的表面垂直 ； 0026 狭缝 （2） 的缝宽在 50m 至 500m 之间， 为较宽的狭缝， 可实现光的高通量 ； 0027 目标光谱经过目标物镜 （1） 汇聚到狭缝 （2） 上， 通过狭缝 （2） 的光经过准直镜 （3） 后变成平行光并入射到分束镜 （4） 上， 一部分光透过分束镜 （4） 后垂直入射到第一色散元 件 （5） 上， 经色散后的光被第一汇聚镜头 （6） 汇聚到第一 CCD 相机 （7） 上形成正向色散后的 目标光谱像 ； 另一部分光经分束镜 （4） 反射后垂直入射到第二色散元件 （8） 上， 。
25、经色散后的 光被第二汇聚镜头 （9） 汇聚到第二 CCD 相机 （10） 上形成逆向色散后的目标光谱像。 0028 如图 2 所示， 正向色散后的目标光谱像， 其在狭缝缝宽范围内的像元前后顺序和 目标场景的像元前后顺序相同 ； 如图 3 所示， 逆向色散后的目标光谱像， 其在狭缝缝宽范围 内的像元前后顺序和目标场景的像元前后顺序相反。 0029 反向双光路结构搭建完成后， 通过推帚扫描在反向双光路中实现狭缝的移动及叠 加作用。设目标场景大小为 x*y， 所测量的光谱数量为 k， 其中 k 由第一色散元件 （5） 和第 二色散元件 （8） 决定， 对于固定的反向双光路结构 k 是固定的， 狭缝宽。
26、度为 m 个像元， 狭缝 移动 n 次， 在第一 CCD 相机 （7） 上获得 n 幅正向色散后的目标光谱像， 在第二 CCD 相机 （10） 上获得 n 幅逆向色散后的目标光谱像。 0030 下面依据正向色散的目标光谱像和逆向色散的目标光谱像按行进行光谱重建， 对 目标光谱每一行依次进行光谱重建后即可获得目标场景完整的光谱。 每一行目标场景光谱 重建的过程为 ： 0031 步骤一、 取每幅正向色散后的目标光谱像的数据矩阵的第一行数据组成目标场景 第一行像元的正向色散光谱数据矩阵 L+， 取每幅逆向色散后的目标光谱像数据矩阵的第一 行数据组成目标场景第一行像元的逆向色散光谱数据矩阵 L-， 具。
27、体为， 0032 说 明 书 CN 103604499 A 10 4/10 页 11 0033 0034 矩阵 L+和 L-的大小均为 n*p， p=k+y-1， q=k+m-1， 数据添零位移均是为了模拟色散 的物理过程。 0035 步骤二、 使用反向双光路中狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵 H 的广义逆矩阵 H-1作用于L+和L-， 获得目标场景第一行像元正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据 矩阵近似值 0036 本步骤的原理为 ： 0037 按照行表示不同的像元、 列表示不同光谱， 假设重新排列目标场景第一行像元可 得大小为 k*y 的光谱数据矩阵 P， 0038 0039 若狭缝足够宽。
28、， 例如宽度等于 y， 则目标场景第一行像元正向光谱数据矩阵可用大 小为 y*d 的数据矩阵表示， d=k+y-1， 0040 0041 其中， 数据添零位移均是为了模拟色散的物理过程 ； 说 明 书 CN 103604499 A 11 5/10 页 12 0042 目标场景第一行像元逆向光谱数据矩阵可用大小为 y*d 的数据矩阵表示， d=k+y-1， 0043 0044 同时， 在狭缝宽度等于 y 时， 目标场景第一行像元正向色散后在第一 CCD 相机 （7） 上形成的正向色散的目标光谱像的过程可用 H1*表示， H1为 1*y 的行向量， 其元素均为 1， 具体如下， 0045 0046。
29、 目标场景第一行像元逆向色散后在第二 CCD 相机 （10） 上形成的逆向色散的目标 光谱像的过程可用 H1*表示， H1为 1*y 的行向量， 其元素均为 1， 具体如下， 0047 0048 但实际上， 狭缝宽度并没有这么宽， 宽度不会等于 y。因此， 进一步假设狭缝移动 n 次 （nm） 后可扫描完整幅目标场景图像， 每次移动宽度为 1 个像元， 则狭缝移动及叠加作用 的等效数据矩阵 H 可用大小为 n*w 的矩阵表示， w=m+n-1， 0049 说 明 书 CN 103604499 A 12 6/10 页 13 0050 上述矩阵的每一行均只有 m 个元素为 1， 其余元素为 0， 。
30、若用 hi,j表示矩阵第 i 行 第 j 列的值 ； 对于第 i 行， j 取值为 i 到 i+m-1 时， hi,j的值均为 1。例如 ： i=1 时， j 取值 1 到 m， hi,j的值均为 1 ； i=2 时， j 取值 2 到 m+1， hi,j的值均为 1 ； i=3 时， j 取值 3 到 m+2， hi,j 的值均为 1 ； 依此类推， 可得到狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵 H。即 0051 0052 根据上述原理可知， 狭缝移动及叠加作用的等效数据矩阵 H 与目标场景第一行像 元的正向色散光谱数据矩阵 L+和目标场景第一行像元的逆向色散光谱数据矩阵 L-之间满 足如下公式 。
31、： 0053 H*P+ L+； 0054 H*P- L-； 0055 其中， P+和 P-分别表示目标场景第一行像元的正向光谱较为精确的等效数据矩阵 和逆向光谱的较为精确的等效数据矩阵。 0056 所以， 根据上述公式可以解出 ： 0057 P+ H-1*L+； 0058 P- H-1*L-。 0059 本发明中， 用表示目标场景第一行像元正向光谱较为精确的数据矩阵近似 值， 用表示目标场景第一行像元逆向光谱较为精确的数据矩阵近似值， 按照以下步骤 （1.1） 至 （1.3） 依次计算和 0060 0061 其中， H-1是矩阵 H 的广义逆矩阵， W 为设置的一个位置矩阵 W， 因或矩阵中 。
32、非零元素的位置均相同， 可将或矩阵中非零的元素均置为 1， 所以每一行均只有 k 个元素为 1， 形成一个位置矩阵 W， W 的大小为 y*d， 其中 d=k+y-1， 说 明 书 CN 103604499 A 13 7/10 页 14 0062 0063 （1.2） 分别变换矩阵和矩阵的形式并记为和 变换方式为 ： 0064 假设矩阵表示为 0065 0066 变换后的即表示为 0067 0068 变换方式为 ： 0069 假设矩阵表示为 0070 0071 变换后的即表示为 说 明 书 CN 103604499 A 14 8/10 页 15 0072 0073 （1.3） 再令 0074 。
33、0075 0076 步骤三、 将正向光谱数据矩阵近似值和逆向光谱数据矩阵近似值进行交 叉迭代求解， 获得重建后的目标场景第一行像元光谱数据矩阵 P， 具体计算步骤为 ： 0077 0078 （2.2）分别变换矩阵和矩阵的形式， 并记为 变换方式为 ： 0079 假设矩阵表示为 0080 0081 变换后的即表示为 0082 说 明 书 CN 103604499 A 15 9/10 页 16 0083 变换方式为 ： 0084 假设矩阵表示为 0085 0086 变换后的即表示为 0087 0088 （2.3） 再令 0089 0090 0091 重复上述 （2.1） 至 （2.3） 计算过程 。
34、10 到 15 次后， 解将收敛， 获得的和即 为较为精确的 P+和 P-， 即目标场景第一行像元光谱数据矩阵 P。 0092 本发明的效果可以通过以下实验结果进一步说明 ： 0093 首先搭建反向双光路， 目标物镜 （1） 采用焦距 50mm、 光圈为 1.4 的相机镜头， 狭缝 （2） 采用缝宽较宽的 200m 狭缝， 准直镜 （3） 采用焦距为 25mm、 光圈为 1.2 的 CCTV 镜头， 第一汇聚镜头 （6） 和第二汇聚镜头 （9） 均采用焦距为 50mm、 光圈为 1.4 的 CCTV 镜头， 第一 CCD 相机 （7） 和第二 CCD 相机 （10） 均采用黑白工业数字相机， 。
35、色散元件 （5） 和 （8） 可根据不 说 明 书 CN 103604499 A 16 10/10 页 17 同的应用场合选择不同刻度密度的光栅， 本实验采用用于可见光波段使用的300线/毫米， 在实验室的高精度位移台上， 以 5nm 为步进， 控制目标物镜 （1） 的镜头沿着与狭缝 （2） 缝宽 方向相平行的方向平移， 以完成推帚扫描过程。 0094 在相同的光照条件下， 将本发明方法与传统的基于狭缝的成像光谱仪成像效果进 行比较， 图 4 和图 5 是本实验中将两个 CCD 相机积分时间降低为 1/60 的条件下重建获得的 目标场景光谱图。而传统光谱仪在这样的光照条件下难以成像， 因此本发明方法可以获得 理想的效果， 重建出目标光谱。 0095 本发明方法经反复试验验证， 取得了满意的应用效果， 能够在比传统色散型成像 光谱仪低1至2个数量级的光能量下工作， 可广泛应用于冶金、 地质、 化工、 医药和环境等领 域， 特别适用于像生物医学、 夜视等弱光场合， 应用领域宽广。 说 明 书 CN 103604499 A 17 1/2 页 18 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103604499 A 18 2/2 页 19 图 5 说 明 书 附 图 CN 103604499 A 19 。