一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀，包括：依次設置的前置成像系統、線性漸變濾光片、Offner中繼成像系統及探測器；所述前置成像系統實現對目標成像的功能，所述線性漸變濾光片置于所述前置成像系統的一次像面上，實現對空間目標的光譜分割，所述Offner中繼成像系統將光譜分割后的一次像面再次成像于探測器上，所述探測器通過光電效應獲取和記錄數字信息；其中，所述線性漸變濾光片與所述前置成像系統及Offner中繼成像系統之間的距離不小于預定數值。通過采用本發明公開的多光譜成像儀，能夠完全消除光譜混疊對光譜分辨率的影響，同時避免鬼像的形成。
【專利說明】一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光譜成像儀【技術領域】，尤其涉及一種基于二次成像的線性漸變濾光片 型多光譜成像儀。
【背景技術】
[0002] 光譜成像技術因能夠同時獲得目標的空間圖像和光譜信息，被廣泛應用于資源勘 探、環境和災害監測、刑事物證鑒定等各種領域。根據分光方式的不同，光譜成像技術可劃 分為棱鏡分光型、濾光片分光型、光柵分光型和干涉型。棱鏡和光柵色散型光譜成像儀出現 較早，技術也最為成熟，絕大多數的光譜成像儀均采用此類分光技術。干涉型光譜成像探測 技術是在光路中加入了干涉儀，如邁克爾遜干涉儀或Sagnac (薩格納克）干涉儀，通過干涉 采樣結果與光譜特性之間的傅立葉變換關系推算光譜信息。棱鏡、光柵色散型光譜成像探 測和干涉型光譜成像探測系統的分光器件占用了系統很大一部分空間，無法做到輕量化和 小型化，同時大體積色散元件的存在也降低了系統的穩定性。而濾光片分光型的光譜探測 系統則能夠很好地克服以上三種光譜成像探測系統的缺點。
[0003] 以濾光片為基礎的光譜成像儀是使用光學帶通濾光片將來自場景光譜的一個窄 波段透射到單個探測器或者整個焦平面探測器陣列上。這種光譜成像儀結構簡單，實現容 易。該類型的光譜成像儀中分光元件主要有旋轉濾光片輪、液晶可調諧濾光片和漸變濾光 片等。1)旋轉濾光片輪工作時需要轉動，對同一目標需要拍照若干次才能獲得完整的數據 立方體；2)液晶可調諧濾光片是利用液晶單元調諧通光主波長，再通過對同一目標進行若 干次拍照實現完整數據立方體的獲得。但是，上述兩種光譜成像探測方案屬于時間調制型 探測方案，通過對同一目標的多次成像獲得完整的光譜信息，因此不適用于目標信息變化 較快的探測場合。
[0004] 采用線性漸變濾光片作為分光器件的光譜成像探測技術屬于時空聯合調制型方 案，這種光譜成像探測技術適用與機載推掃平臺、流水線產品質量檢測等領域。
[0005] 目前已有的線性漸變濾光片光譜成像儀均是采用將濾光片與探測器直接耦合的 方式實現分光和探測的過程。但是，其不足之處在于，濾光片與探測器之間的距離對光譜分 辨率有很大的影響，光譜混疊現象非常嚴重；此外，光線容易在濾光片和探測器之間產生干 涉現象，同時也會造成鬼像的產生。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀，能夠 完全消除光譜混疊對光譜分辨率的影響，同時避免鬼像的形成。
[0007] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0008] -種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀，包括：
[0009] 依次設置的前置成像系統、線性漸變濾光片、Offner中繼成像系統及探測器；
[0010] 所述前置成像系統實現對目標成像的功能，所述線性漸變濾光片置于所述前置成 像系統的一次像面上，實現對空間目標的光譜分割，所述Offner中繼成像系統將光譜分割 后的一次像面再次成像于探測器上，所述探測器通過光電效應獲取和記錄數字信息；
[0011] 其中，所述線性漸變濾光片與所述前置成像系統及Offner中繼成像系統之間的 距離不小于預定數值。
[0012] 由上述本發明提供的技術方案可以看出，通過將線性漸變濾光片與前置成像系統 的一次像面重合，再利用Offner中繼成像系統將一次像面成像到探測器的靶面位置，從而 能夠完全消除光譜混疊對光譜分辨率的影響，同時避免鬼像的形成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0014] 圖1為本發明實施例提供的一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像 儀的光線傳播示意圖；
[0015] 圖2為本發明實施例提供的前置成像系統的原理示意圖；
[0016] 圖3為本發明實施例提供的前置成像系統的全色點列圖；
[0017]圖4為本發明實施例提供的前置成像系統全色MTF曲線圖。
[0018] 圖5為本發明實施例提供的Offner中繼成像系統的原理示意圖；
[0019] 圖6為本發明實施例提供的Offner中繼成像系統的全色點列圖；
[0020] 圖7為本發明實施例提供的Offner中繼成像系統的全色MTF曲線圖；
[0021] 圖8為本發明實施例所提供一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像 儀的各波長點列圖；
[0022] 圖9為本發明實施例所提供的一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成 像儀各波長MTF曲線圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發明的保護范圍。
[0024] 本發明實施例采用線性可變濾光片，即在玻璃基底上鍍線性漸變濾光膜，放置于 一次像面處，再利用Offner中繼系統將一次像面成像到面陣探測器的靶面位置，探測器的 每一行探測像元接收與濾光片透過濾長對應的光譜帶的能量，則整個面陣探測器對應若干 光譜帶，每次拍照獲得某一區域目標的二維空間信息和某一特定光譜帶的光譜信息。通過 飛機平臺飛行實現在空間維的推掃，相當于在光譜維進行推掃，從而獲得目標的完整數據 立方體。其基礎的Offner中繼系統作為一個完全由球面反射鏡組成的單位放大率同心光 學系統，具有優良的像差校正能力，能實現較大的狹縫線視場，同時具有結構簡單緊湊、光 學加工相對容易的特點。同時相對于透射式的中繼成像物鏡系統，Offner整體系統光學元 件極少，能量利用率大大提高。
[0025] 實施例
[0026] 圖1為本發明實施例提供的一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像 儀的結構示意圖。如圖1所示，該多光譜成像儀主要包括：
[0027] 依次設置的前置成像系統、線性漸變濾光片、Offner中繼成像系統及探測器；
[0028] 所述前置成像系統實現對目標成像的功能，所述線性漸變濾光片置于所述前置成 像系統的一次像面上，實現對空間目標的光譜分割，所述Offner中繼成像系統將光譜分割 后的一次像面再次成像于探測器上，所述探測器通過光電效應獲取和記錄數字信息；
[0029] 其中，所述線性漸變濾光片與所述前置成像系統及Offner中繼成像系統之間的 距離不小于預定數值（可根據實際情況或者經驗來設定），以便有利于消除雜光和鬼像。
[0030] 進一步的，所述探測器（例如，面陣探測器）的每一行探測像元接收經所述線性漸 變濾光片光譜分割之后的特定譜帶能量，整個探測器對應空間目標和若干光譜通帶；通過 平臺推掃或探測目標的運動，來獲得場景的完整數據立方體。
[0031] 其中，圖1的附圖標記中1-4分別表示：前置成像系統、線性漸變濾光片、Offner 中繼成像系統及探測器。
[0032] 示例性的，本發明實施例中，所述線性漸變濾光片的光譜分光范圍可以是 620-1000nm，線性漸變濾光片玻璃基底厚度可以為1. 1_，光譜維長度可以為13. 8_。面陣 探測器像元大小可以為5. 5 μ mX 5. 5 μ m，奈奎斯特頻率可以為91 lp/mm。
[0033] 所述前置成像系統視場角可以為15. 74度，相對孔徑可以為1/4,焦距可以為 50_，可采用改進型雙高斯結構，該結構是一個全投射式的像方遠心光學系統，能夠有效矯 正球差、像散、色差等在內的七種像差。所述Offner中繼成像系統為一個1 :1的Offner中 繼成像系統，作為一個完全由球面反射鏡組成的單位放大率同心光學系統，具有結構簡單 緊湊、光學加工相對容易、自動校正三階像差的特點。由于Offner中繼成像系統是一個非 軸對稱系統，設計時需要考察多個線視場的像質；為實現光瞳匹配，該中繼系統是一個物方 遠心系統，數值孔徑為0. 125。
[0034] 具體來說，所述前置成像系統與Offner中繼成像系統參數分配如表1所示：
[0035]
【權利要求】
1. 一種基于二次成像的線性漸變濾光片型多光譜成像儀，其特征在于，包括： 依次設置的前置成像系統、線性漸變濾光片、offner中繼成像系統及探測器； 所述前置成像系統實現對目標成像的功能，所述線性漸變濾光片置于所述前置成像系 統的一次像面上，實現對空間目標的光譜分割，所述Offner中繼成像系統將光譜分割后的 一次像面再次成像于探測器上，所述探測器通過光電效應獲取和記錄數字信息； 其中，所述線性漸變濾光片與所述前置成像系統及Offner中繼成像系統之間的距離 不小于預定數值。
2. 根據權利要求1所述的多光譜成像儀，其特征在于， 所述探測器的每一行探測像元接收經所述線性漸變濾光片光譜分割之后的特定譜帶 能量； 通過推掃平臺或探測目標的運動，來獲得場景的完整數據立方體。
【文檔編號】G01J3/02GK104155000SQ201410415614
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優先權日:2014年8月21日
【發明者】柳青, 方煜, 張桂峰, 李楊, 周錦松, 林心龍 申請人:中國科學院光電研究院
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