1.一种等光效宽带滤光片组优化方法,其特征是,该方法包括以下步骤:步骤一,建立宽带滤光片组光谱成像的数学模型;步骤二,获得解的相对误差与条件数的约束关系;步骤三,构造等光效宽带滤光片组的代价函数;在具有宽带滤光片的光谱成像系统工作过程中,目标场景的入射光谱通过一系列宽带滤光片在光谱维度上进行多次调制;然后,通过CCD/CMOS传感器测量捕获目标场景入射光谱的调制编码图像;最后,通过重建计算得到目标场景的入射光谱信息;S i 是传感器的第i个像素值,可以表示为其中λ是波长,λ k 是第k个光谱波段Λ k 的中心波长, [λ min ,λ max ]是系统光谱响应的光谱范围,R(λ)是入射光谱强度随波长的分布,θ i (λ)是第i-th宽带滤光片的光谱灵敏度函数;至此,宽带滤光片组光谱成像过程的数学模型可以表示为如下方程组S是一个列向量,其中每个元素表示第i个测量值;Θ是一个传感矩阵,其中每行向量对应宽带滤光片的光谱灵敏度函数;R是一个列向量,其中每个元素表示待求解入射光谱强度。
2.根据权利要求1所述的一种等光效宽带滤光片组优化方法,其特征在于,所述步骤二具体为:步骤一中方程(2)所描述的光谱成像过程与实际物理过程之间存在离散误差;Θ和S两者通过测量过程获得,过程中引入测量误差;求解方程时,上述误差被传递,最终导致重建谱的精度降低;假设Θ和S有δ Θ 和δ S 的小误差,则方程具有准确的解R+δ R ,即(S+δ S )=(Θ+δ Θ )(R+δ R ) (3)根据矩阵原理可知,当测量次数等于光谱波段的数量时,解的相对误差||δ R ||/||R||为其中κ(Θ)是Θ的条件数,定义为κ(Θ)=||Θ||Θ + ||,Θ + 指Θ的伪逆,当Θ为非奇异时,它等于Θ -1 ,对于2范数,κ(Θ)=σ max /σ min ≥1是Θ的最大和最小奇异值的比值;类似地,当测量次数大于光谱波段的数量时,解的相对误差||δ R ||/||R||为方程(4)和方程(5)表明,解的相对误差δ R /R受条件数κ(Θ)的限制,κ(Θ)在接近1时,解具有更好的鲁棒性。
3.根据权利要求2所述的一种等光效宽带滤光片组优化方法,其特征在于,所述步骤三具体为:将每个宽带滤光片的光效率定义为对于等光效宽带滤光片组而言,滤光矢量所有元素η i 的总和应该是相等的;然后,为了寻找等光效宽带滤光片组,可以通过解决以下问题来实现,即ρ∈(0,m)是一个常数,表示目标光效水平;最小化方程(7)中的条件数κ(Θ),提出一种基于软正交约束的最小化条件数方案,直接将成对行向量之间的角度作为最小优目标;最终,等光效宽带滤光片组的代价函数表示为其中,Θ T 是Θ的转置矩阵,ΘΘ T 中的非对角线元素是Θ中成对行向量的点积,γ表示成对角度矩阵,θ i 表示传感矩阵Θ的行向量, 表示θ i 的归一化向量;至此,提前设置光谱波段数、宽带滤光片数、目标光效水平这3个参数,求解等光效宽带滤光片组的代价函数,获得等光效宽带滤光片组。