[0013] 本发明基于上述技术问题，提出了一种新的基于压缩感知的高光谱图像采集成像系统与控制方法。目的主要在于解决高光谱数据采集引起的传输压力和大量冗余信息导致的资源浪费等问题。首先通过DMD对图像信息进行压缩采样，其次通过LCTF控制可透过光波长和光谱分辨率，然后通过CCD获取光强信息，最后通过模拟加法器和ADC转换器进行信号处理，并把处理后的数字量保存于存储器。
[0014] 基于压缩感知的高光谱图像采集系统：
[0015] 本发明分为光路成像部分和电路控制部分。光路成像部分包括第一透镜、DMD、LCTF、第二透镜和面阵CCD。
[0016] 第一透镜一侧设有DMD，将成像目标聚焦投影至DMD上；DMD对图像信息进行随机采样后反射至LCTF；反射到LCTF的光通过LCTF调节，使对应波长的光可通过。第二透镜位于LCTF的出射光路上；第二透镜将DMD面成像到面阵CCD上。即成像目标与DMD互为共轭面，DMD与CCD互为共轭面。
[0017] 电路控制部分包括随机数发生器、FPGA控制器、DMD、LCTF、面阵CCD、CCD驱动电路、模拟加法器、ADC转换器和存储器。
[0018] 随机数发生器的信号输出端与FPGA控制器的随机数发生器的信号输入端连接，FPGA控制器的CCD驱动信号输出端与CCD驱动电路连接，FPGA控制器的CCD控制信号输出端与面阵CCD的控制信号输入端连接，FPGA控制器的LCTF控制信号输出端与LCTF的控制信号输入端连接，FPGA控制器的DMD控制信号输出端与DMD的控制信号输入端连接，CCD驱动电路的驱动信号输出端与面阵CCD的驱动信号输入端连接，FPGA控制器的模拟加法器控制信号输出端、ADC转换器控制信号输出端、存储器控制信号输出端依次与模拟加法器信号输入端、ADC转换器信号输入端、存储器信号输入端连接；面阵CCD的图像模拟信号输出端与模拟加法器的图像模拟信号输入端连接，模拟加法器信号输出端与ADC转换器信号输入端连接，ADC转换器信号输出端与存储器的信号输入端连接。
[0019] 随机数发生器的作用在于，产生大小为M×N的观测矩阵Φ；
[0020] FPGA控制器的作用在于，产生DMD控制信号、LCTF控制信号、CCD垂直时钟信号、模拟加法器控制信号、ADC转换控制信号；
[0021] DMD的作用在于，对图像信息进行压缩采样。FPGA控制器根据观测矩阵Φ对DMD上的微镜镜片转向方向进行控制，使DMD满足观测矩阵的要求。按照Φ相应元素值的大小设定DMD内部镜片的角度，当Φ中相应的元素值为1时，将DMD中对应位置的镜片偏转+12°；当Φ中相应的元素为0时，将DMD中对应位置的镜片偏转-12°。DMD内部偏转角度为-12°的镜片将其上的入射光反射到吸收平面进行入射光吸收，DMD内部偏转角度为+12°的镜片将其上的入射光反射至LCTF上，得到随机采样的光信号。
[0022] LCTF的作用在于，控制可透过光波长和光谱分辨率，只允许对应某个波长的光通过。通过FPGA控制器对LCTF的可透过光波长进行控制，使面阵CCD每次获取的数据为单个光波长的图像信息。
[0023] 面阵CCD的作用在于，其上的敏感单元通过感知目标物体反射回来的光强信息，并将其转换为电信号。
[0024] CCD驱动电路的作用在于，将CCD垂直时钟信号进行缓冲和驱动；
[0025] 模拟加法器的作用在于，控制模拟像素完成压缩计算；
[0026] ADC转换器的作用在于，将模拟量转换为数字量，保存于存储器。
[0027] 存储器的作用在于，存储ADC转换后的图像信息。
[0028] DMD为数字微镜器件，LCTF为液晶可调谐滤波器，CCD为面阵电荷耦合器件，ADC转换器为模数转换器件。
[0029] 本发明还提供了一种基于压缩感知的高光谱图像采集的控制方法，通过下面的控制方法，可以实现高光谱图像空间压缩的功能。步骤如下：
[0030] 步骤一：设定光谱采样间隔为Δ、测定波段数为Z以及单波长图像大小为N×N；令j表示当前波段序号，初始化j为1；
[0031] 步骤二：通过随机数发生器产生一个M×N的二进制0-1随机矩阵，其中M＜＜N；启动FPGA控制器读取随机数发生器产生的观测矩阵Φ；令i为1，其中i表示当前压缩测量次数；
[0032] 步骤三：通过FPGA产生控制DMD每行镜片翻转角度的周期时序信号，使DMD上的内部镜片按照随机矩阵的第j行0-1排布进行翻转；
[0033] 步骤四：通过FPGA控制LCTF，只允许单个波长的光可以通过；
[0034] 步骤五：通过面阵CCD获取每行的模拟像素，并由模拟加法器对每行模拟像素值求和，得到N个观测值，其中每行一个观测值，共N行；
[0035] 步骤六：通过ADC转换器将模拟像素值转换为数字量，保存于存储器。
[0036] 步骤七：若i＜M，i增1，返回步骤三继续执行；否则j增1，若j≤Z返回步骤二继续执行，否则停止循环。
[0037] 所要采集的高光谱图像为N×N×Z的数据立方体，由于本发明是基于压缩感知理论进行图像采集，故最终采集到的数据为N×M×Z的数据立方体，压缩比为M/N。后续利用压缩感知重构算法(如正交匹配追踪算法、梯度投影算法)对采样数据进行重构，便可以得到N×N×Z的数据立方体。
[0038] 本发明具有的有益效果是：
[0039] 1)该系统设计实现了信号采样与压缩的同时进行，使采样数据远小于传统奈奎斯特采样理论所需要的数据量。较好地解决了高光谱数据采集引起的传输压力和大量冗余信息导致的资源浪费等问题。
[0040] 2)与现有技术相比，不仅具有采用压缩感知成像系统的通用性、加密性等，而且相比于美国Rice大学的单像素相机，该结构利用面阵CCD作为探测器，能够有效缩短测量值的获取时间。相比于美国杜克大学的压缩感知多光谱成像器CASSI，该结构采用FPGA控制器调节DMD的翻转方式，较编码孔径的压缩采样更灵活，并且容易实现。
