專利名稱：一種衍射光學成像系統及包含該衍射光學成像系統的成像光譜儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學成像技術，尤其涉及一種衍射光學成像系統及包含該衍射光學成像系統的成像光譜儀。
背景技術：
光譜成像技術是將光學成像技術和光譜分析技術相結合而得到的一種成像技術，利用光譜成像技術可以獲得目標的二維空間圖像和一維光譜曲線。獲取的二維空間圖像和一維光譜曲線能綜合反映出被測物體的兒何影像利理化屬性，所以利用光譜成像技術可以 對目標的特征進行精確感知和識別，該技術在在航空航天遙感、工農業檢測、環境監測和資源探測等領域得到了十分廣泛的應用。根據分光原理的不同，可以將成像光譜儀分為色散型光譜儀、干涉型光譜儀和濾光型光譜儀三個種類。目前，常用的色散型成像光譜儀一般利用棱鏡或光柵對光線的橫向色散作用，將不同波長的光線沿著焦平面中的一個方向進行分離。現有技術中有利用衍射光學元件的軸向色散功能進行光譜成像的方法，衍射光學元件是一種兼具成像利色散功能的器件，它將不同波長的光線沿著光軸方向進行分離，分離后的光線分別會聚到不同焦距位置的焦平面上，利用探測器沿著光軸進行移動掃描成像，在每個焦距位置獲得的圖像是某個波段的在焦圖像和其他波段的離焦圖像的疊加。利用信號處理技術，去除離焦波段圖像的混疊，就可以得到在焦波段的目標圖像。因此，衍射光學成像光譜儀需要利用機械調焦和多次曝光成像的方式，獲取目標的包含完整二維圖像信息利一維光譜信息的三維數據立方體。由上可見，上述光譜成像技術要求該光譜成像系統的機械調焦結構中必須包含運動部件，才能將探測器沿著光軸移動進行掃描成像，這樣必然增加了結構的復雜度，且該運動部件的引入降低了系統的穩定性，使得該光譜成像技術難以運用在手持環境利運動平臺中。此外，要對所有會聚到不同焦距位置的焦平面上的光線進行掃描成像，需要多次調整機械調焦結構中的運動部件進行多次掃描成像，需要較長的掃描成像時間，該光譜成像技術難以準確探測高速運動目標或者形態屬性發生瞬變的目標。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型實施例提供一種衍射光學成像系統，用于降低系統結構的復雜度，增強系統的穩定性。本實用新型實施例提供一種衍射光學成像系統，包括衍射透鏡、透鏡陣列和探測器，其中所述衍射透鏡、透鏡陣列利探測器之間的位置滿足如下關系
權利要求1.一種衍射光學成像系統，其特征在于，包括衍射透鏡(I)、透鏡陣列(2)和探測器(3)，其中所述衍射透鏡(I)、透鏡陣列(2)和探測器(3)之間的位置滿足如下關系
2.根據權利要求I所述的衍射光學成像系統，其特征在于，所述透鏡陣列(2)為微透鏡陣列或者針孔透鏡陣列。
3.根據權利要求I或2所述的衍射光學成像系統，其特征在于，所述探測器(3)為電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導體或膠片。
4.ー種包括權I所述衍射光學成像系統的成像光譜儀，其特征在于，包括權I所述的衍射光學成像系統(501)、圖像轉換模塊(502)、像平面位置確定模塊(503)、像平面圖像獲取模塊(504)、離焦圖像去除模塊(505)、光譜圖像縮放模塊(506)和三維數據重構模塊(507)，其中 所述衍射光學成像系統(501 )，用于對目標物體進行成像，得到探測器圖像； 所述圖像轉換模塊(502)，用于從所述衍射光學成像系統(501)獲取所述探測器圖像，將所述探測器圖像轉換為四維光束分布矩陣 所述像平面位置確定模塊(503)，用于計算各波長所對應的像平面位置； 所述像平面圖像獲取模塊(504)，用于從所述圖像轉換模塊(502)獲取所述四維光束分布矩陣，從所述像平面位置確定模塊(503)獲取所述各波長對應的像平面位置，在所述各波長所對應的像平面位置處對所述四維光束分布矩陣進行求和，得到各波長的像平面圖像 所述離焦圖像去除模塊(505)，用于從所述像平面圖像獲取模塊(504)接收各波長的像平面圖像，依次對每一波長的像平面圖像進行卷積處理，去除當前波長之外的其他波長的離焦圖像，得到所述目標物體在各波長下的光譜圖像； 所述光譜圖像縮放模塊(506)，用于從所述離焦圖像去除模塊(505)獲取所述目標物體在各波長下的光譜圖像，對所述目標物體在各波長下的光譜圖像進行放大或縮小處理，將其歸ー化為具有相同放大倍數的光譜圖像； 所述三維數據重構模塊(507)，用于從所述光譜圖像縮放模塊(506)獲取所述具有相同放大倍數的光譜圖像，并將所述具有相同放大倍數的光譜圖像合成為三維數據立方體。
5.根據權利要求4所述的成像光譜儀，其特征在于，所述圖像轉換模塊(502)，用于根據如下公式將所述探測器圖像轉換為所述四維光束分布矩陣L(p, q, x, y) =I (Nx+p, Ny-q), p, q = 0,1,2,…，N-I ；x, y = 0,1,2,…，M_l，其中，L(p，q，x，y)為所述四維光束分布矩陣，為所述探測器(3)記錄下的由每個(x，y)采樣和每個(P，q)采樣之間分布的光束的強度，I (Nx+p, Ny+q)為所述探測器圖像的表達式，(X，y)為所述透鏡陣列(2)所在平面的坐標系，(p，q)為所述衍射透鏡(I)光瞳面所在平面的坐標系，所述透鏡陣列(2)中単元透鏡的數量為MXM，所述衍射透鏡(I)光瞳面的子像覆蓋NXN個像元，M和N為自然數。
6.根據權利要求4所述的成像光譜儀，其特征在于，所述像平面位置確定模塊(503)計算出的各波長所對應的像平面位置為
7.根據權利要求5所述的成像光譜儀，其特征在于，所述像平面圖像獲取模塊(504)，用于在各波長所對應的像平面位置處對所述四維光束分布矩陣進行求和，得到各波長的像平面圖像
8.根據權利要求6所述的成像光譜儀，其特征在于，所述光譜圖像縮放模塊(506)，用于選取
專利摘要本實用新型實施例提供一種衍射光學成像系統及包含該衍射光學成像系統的成像光譜儀，其中，該衍射光學成像系統包括衍射透鏡、透鏡陣列和探測器，其中所述衍射透鏡、透鏡陣列和探測器之間的位置滿足如下關系其中，為透鏡陣列和衍射透鏡之間的距離，s為透鏡陣列和探測器之間的距離，f是所述透鏡陣列中每個單元透鏡的焦距。采用該衍射光學成像系統，經過透鏡陣列中單元透鏡的二次會聚作用可以將透過衍射透鏡光瞳面的光線一次成像在探測器的像元上，無需沿光軸移動探測器進行掃描成像。這樣，無需包括運動部件即可對目標物體進行成像，減少了系統結構的復雜度，增加了系統的穩定性。
文檔編號G01J3/18GK202420674SQ20112052638
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者呂群波, 周志良, 相里斌, 胡亮, 袁艷 申請人:中國科學院光電研究院
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