計算光譜成像技術(shù)按編碼方式不同可分為哪些類型？根據(jù)調(diào)控的光場參數(shù)進(jìn)行分類，目前計算光譜成像技術(shù)按編碼方式可分為三類：振幅編碼、波長編碼和相位編碼三種類型。本文對此做了介紹。

計算光譜成像技術(shù)按編碼方式不同分類：

根據(jù)調(diào)控的光場參數(shù)進(jìn)行分類，目前計算光譜成像技術(shù)按編碼方式可分為三類：振幅編碼、波長編碼和相位編碼三種類型。

1.振幅編碼型

基于振幅編碼的編碼孔徑光譜成像技術(shù)以色散型（棱鏡、光柵）光譜成像技術(shù)為原型，通過隨機(jī)編碼模板對物空間進(jìn)行調(diào)制，然后由色散元件進(jìn)行色散處理，得到壓縮后的圖譜混疊像，經(jīng)探測器探測，最后由CS算法實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)立方體重建。

編碼孔徑光譜成像技術(shù)通過空間光調(diào)制器實現(xiàn)自適應(yīng)壓縮比采樣，傳統(tǒng)的凸優(yōu)化算法在壓縮采樣和重建過程要求信號存在被稀疏表達(dá)的變換域，且算法迭代收斂速度慢，重構(gòu)時間長，且對噪聲更為敏感，而基于深度學(xué)習(xí)的振幅編碼光譜成像，通過端到端的軟硬件協(xié)同設(shè)計與自編碼等無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法可以實現(xiàn)更高效光譜重建。

2.波長編碼型

基于波長編碼的寬光譜編解碼光譜成像技術(shù)以干涉型（濾光片）光譜成像技術(shù)為原型，將窄帶濾光片替換成寬帶編碼濾光片，當(dāng)目標(biāo)場景光線到達(dá)寬帶編碼濾光片陣列后，寬帶編碼濾光片陣列對入射的光譜進(jìn)行編碼，由探測器采集光譜編碼后的圖像。通過壓縮感知或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法重構(gòu)光譜圖像。

其中基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光譜重構(gòu)算法以其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)泛化能力，結(jié)合端到端的軟硬件協(xié)同優(yōu)化方法，使得利用更少的光譜編碼單元可以實現(xiàn)更高信噪比和更強(qiáng)抗噪性能的光譜成像。但現(xiàn)有的端到端設(shè)計方法由于未能實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的完全優(yōu)化，只能設(shè)計出局部最優(yōu)的光譜編解碼結(jié)構(gòu)，且無法解釋濾光片種類和薄膜層數(shù)與光譜重構(gòu)精度和分辨率之間的定量關(guān)系。

3.相位編碼型

基于相位編碼的旋轉(zhuǎn)衍射光譜成像以衍射型（衍射光學(xué)元件）光譜成像技術(shù)為原型），將衍射光學(xué)元件替換為旋轉(zhuǎn)衍射編碼模板，當(dāng)目標(biāo)場景光線到達(dá)旋轉(zhuǎn)衍射編碼模板后，因為不同位置的二維高度輪廓不同導(dǎo)致的特定相位延遲，使得目標(biāo)場景點擴(kuò)散函數(shù)隨波長分布在不同旋轉(zhuǎn)方位，由探測器接收到衍射后的光譜圖像，通過重構(gòu)算法將混疊后的圖像復(fù)原。

由于相位編碼器件的衍射特性，經(jīng)過相位編碼成像后的圖譜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)處理方法難以實現(xiàn)高質(zhì)量重構(gòu)，而深度學(xué)習(xí)的方法具備強(qiáng)大擬合能力，在非線性處理方面有極強(qiáng)的適應(yīng)性，因此目前主要利用深度學(xué)習(xí)實現(xiàn)光譜圖像重構(gòu)。

計算光譜成像技術(shù)不同類型的區(qū)別：

以上三類計算重構(gòu)型光譜成像技術(shù)在信噪比和采樣效率方面均優(yōu)于傳統(tǒng)光譜成像技術(shù)，且容易實現(xiàn)微小型光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，但振幅編碼型編碼孔徑光譜成像技術(shù)與相位編碼型旋轉(zhuǎn)衍射光譜成像技術(shù)同時在光譜維和空間維進(jìn)行編碼，光譜圖像重構(gòu)算法雜度高、重構(gòu)難度大，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的圖像輸出。而波長編碼型寬光譜編解碼光譜成像技術(shù)只對光譜維進(jìn)行編碼，保持空間維度的幾何位置不變，重構(gòu)計算的復(fù)雜度遠(yuǎn)低于振幅編碼與相位編碼，輸出的光譜圖像穩(wěn)定，結(jié)合像元級寬帶濾波器加工技術(shù)，可以實現(xiàn)分辨率可重構(gòu)的光譜成像，是目前發(fā)展快速、有希望在近幾年成熟應(yīng)用的新型光譜成像技術(shù)。

寬光譜編碼光譜成像技術(shù)基于微納光學(xué)與稀疏信號處理理論，利用寬帶濾波器對入射光光譜進(jìn)行編碼，再由重構(gòu)算法實現(xiàn)光譜的解碼重構(gòu)?，F(xiàn)有的寬帶濾波器有隨機(jī)濾光片、量子點陣列、光子晶體陣列和具有可調(diào)諧帶隙的納米線等。

具體而言，寬光譜編碼光譜成像技術(shù)將入射光的光譜信息由一組透過率隨波長呈隨機(jī)（不相關(guān)）分布的寬帶濾波器進(jìn)行調(diào)制，在探測器的不同位置探測編碼后的光強(qiáng)響應(yīng)，然后利用算法重建光譜，其優(yōu)點在于每個光譜像素使用少量的濾光結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了較多波長光譜信息的復(fù)原，大大提高了光譜的采樣效率與光能利用率。其中，對于具有隨機(jī)透過率的寬帶濾光片（隨機(jī)濾光片），可以利用成熟的光學(xué)薄膜技術(shù)，設(shè)計成透過率誤差極小的像元級隨機(jī)濾光片陣列，通過與探測器集成，極大地縮小了光譜成像系統(tǒng)的體積。