本发明涉及光谱成像，更具体地，涉及一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置及方法。
背景技术：
1、目前已有全介电型随机优化图案结合光谱重建算法或微透镜阵列以色散原理获得不同波长的光谱分量已应用于高光谱成像，然而以经典的压缩感知算法对超表面图案进行光谱重建受限于对成像单元全光谱的测量及与二值图像区域的严格对应；色散型元件则仍需要一定光程使得对相机的空间有一定要求。
2、具体来看，高光谱成像是实际生产、医疗及遥感用于光谱测量可视化领域重要技术手段。基于光谱优化获得的广谱结构在实现高光谱成像中存在需要较长时间的标定(标定包括各个成像单元的光谱测量以及成像单元与单色图像的区域对应)，因制造的差异使得每一成像芯片的标定都需要重新进行标定使得批量化生产时需要更高的成本；
3、现有技术提供了一种全介电多形状的高光谱成像芯片，每个成像单元与其他成像单元的形状不同，且通过压缩感知算法对入射光谱进行重建，虽然所提出的光谱成像芯片具有区域可重构的特征，但只是用于匹配不同的形状的cmos，该成像芯片通过电子束曝光方式制造使得制造成本较高。
技术实现思路
1、本发明为克服上述的缺陷，提供一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置及方法，通过结构尺寸优化获得的低透射光谱相关性使得成像单元内部进一步划分子区域得到高质量的光谱图像。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
3、本发明提供了一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，包括高光谱相机和梯度渐变超表面，所述梯度渐变超表面附着于高光谱相机中cmos传感器的上层；
4、所述梯度渐变超表面包括若干个重复排列的成像单元；
5、所述成像单元包括若干个按照预设周期排列的渐变阵列，所述渐变阵列包括重复排列若干个尺寸梯度渐变的纳米孔。
6、优选地，所述纳米孔的孔型结构为十字形、正方形、三角形和圆形的任意一种。
7、优选地，所述渐变阵列按照两个周期组排列，每个周期组内包括4个不同的周期。
8、优选地，所述第一个周期组内的渐变阵列中纳米孔之间的间距为450nm、500nm、550nm和600nm；所述第一个周期组内的渐变阵列中纳米孔之间的间距为420nm、520nm、560nm和600nm。
9、优选地，所述成像单元的尺寸为0.5mm*0.25mm。
10、本发明还提供了一种制备方法，用于制备上述的梯度渐变超表面，其特征在于，所述方法包括：
11、获取硅基底；
12、按照预设周期组，通过电子束曝光和反应离子刻蚀在所述硅基底层刻蚀纳米孔，获得具有纳米孔的硅模板，再通过紫外纳米压印、电子束蒸镀获得表面为银的金属材料梯度渐变超表面或直接在镀硅石英片上通过电子束曝光获得全介电材料的梯度渐变超表面。
13、本发明还提供了一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像方法，包括：
14、利用上述的高光谱相机获取透射图像字典和透射光谱字典；
15、调整高光谱相机的拍摄角度将视场内待成像物体与梯度渐变超表面相重合，获得待成像的单色灰度图像；
16、在所述单色灰度图像选取分析区域，选取透射图像字典中与单色灰度图像所对应的区域；
17、对单色灰度图像所选区域与透射图像字典的所选区域统一进行前景增强；对前景增强后的图像进行直方图统计和奇异值分解获得特征值矩阵；
18、将所述特征值矩阵平坦化并分别对进行两种运算后的透射图像进行正交投影相乘，获得不同波长下通道的权重；
19、将各个波长下通道的权重与透射光谱字典加权组合获得重建光谱；
20、将所述重建光谱进行变换，获得最终的重建光谱；
21、将重建光谱进行采样、重组获得各个波长下的光谱图像。
22、优选地，所述出射光的波长范围为400-800nm。
23、优选地，采用b样条函数模型对重建光谱进行变换，获得最终的重建光谱。
24、优选地，利用二维匹配追踪算法将重建光谱进行采样、重组获得各个波长下的光谱图像。
25、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
26、本发明提出了一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置及方法，能够对物体表面反射光谱进行精准成像从而可视化光谱测量，梯度渐变超表面被设计具有缺陷容忍、成像单元可重构的特点，所述方法具有局部区域匹配及子区域一次成像，成像波段容易拓展且计算量小可集成于智能手机等移动设备；同时本发明简便易行，制造成本低廉且工艺兼容性高，适合大批量、自动化物体表面光谱测量及检测等研究工作。
1.一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，其特征在于，包括高光谱相机(1)和梯度渐变超表面(3)，所述梯度渐变超表面(3)附着于高光谱相机(1)中cmos传感器(2)的上层；
2.根据权利要求1所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，其特征在于，所述纳米孔的孔型结构为十字形、正方形、三角形和圆形的任意一种。
3.根据权利要求1所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，其特征在于，所述渐变阵列按照两个周期组排列，每个周期组内包括4个不同的周期。
4.根据权利要求3所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，其特征在于，所述第一个周期组内的渐变阵列中纳米孔中心处之间的间距为450nm、500nm、550nm和600nm；所述第一个周期组内的渐变阵列中纳米孔中心处之间的间距为420nm、520nm、560nm和600nm。
5.根据权利要求1所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像装置，其特征在于，所述成像单元的尺寸为0.5mm*0.25mm。
6.一种制备方法，用于制备权利要求1所述的梯度渐变超表面，其特征在于，所述方法包括：
7.一种基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像方法，其特征在于，所述出射光的波长范围为400-800nm。
9.根据权利要求7所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像方法，其特征在于，采用b样条函数模型对重建光谱进行变换，获得最终的重建光谱。
10.根据权利要求7所述的基于梯度渐变超表面的快照式高光谱成像方法，其特征在于，利用二维匹配追踪算法将重建光谱进行采样、重组获得各个波长下的光谱图像。
