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一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀，包括：依次設(shè)置的前置成像系統(tǒng)、線性漸變?yōu)V光片、Offner中繼成像系統(tǒng)及探測(cè)器；所述前置成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)成像的功能，所述線性漸變?yōu)V光片置于所述前置成像系統(tǒng)的一次像面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的光譜分割，所述Offner中繼成像系統(tǒng)將光譜分割后的一次像面再次成像于探測(cè)器上，所述探測(cè)器通過光電效應(yīng)獲取和記錄數(shù)字信息；其中，所述線性漸變?yōu)V光片與所述前置成像系統(tǒng)及Offner中繼成像系統(tǒng)之間的距離不小于預(yù)定數(shù)值。通過采用本發(fā)明公開的多光譜成像儀，能夠完全消除光譜混疊對(duì)光譜分辨率的影響，同時(shí)避免鬼像的形成。
【專利說明】一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光譜成像儀【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片 型多光譜成像儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 光譜成像技術(shù)因能夠同時(shí)獲得目標(biāo)的空間圖像和光譜信息，被廣泛應(yīng)用于資源勘 探、環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)、刑事物證鑒定等各種領(lǐng)域。根據(jù)分光方式的不同，光譜成像技術(shù)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(xiàn) 較早，技術(shù)也最為成熟，絕大多數(shù)的光譜成像儀均采用此類分光技術(shù)。干涉型光譜成像探測(cè) 技術(shù)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(jié)果與光譜特性之間的傅立葉變換關(guān)系推算光譜信息。棱鏡、光柵色散型光譜成像探 測(cè)和干涉型光譜成像探測(cè)系統(tǒng)的分光器件占用了系統(tǒng)很大一部分空間，無法做到輕量化和 小型化，同時(shí)大體積色散元件的存在也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而濾光片分光型的光譜探測(cè) 系統(tǒng)則能夠很好地克服以上三種光譜成像探測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
[0003] 以濾光片為基礎(chǔ)的光譜成像儀是使用光學(xué)帶通濾光片將來自場(chǎng)景光譜的一個(gè)窄 波段透射到單個(gè)探測(cè)器或者整個(gè)焦平面探測(cè)器陣列上。這種光譜成像儀結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容 易。該類型的光譜成像儀中分光元件主要有旋轉(zhuǎn)濾光片輪、液晶可調(diào)諧濾光片和漸變?yōu)V光 片等。1)旋轉(zhuǎn)濾光片輪工作時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)同一目標(biāo)需要拍照若干次才能獲得完整的數(shù)據(jù) 立方體；2)液晶可調(diào)諧濾光片是利用液晶單元調(diào)諧通光主波長，再通過對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行若 干次拍照實(shí)現(xiàn)完整數(shù)據(jù)立方體的獲得。但是，上述兩種光譜成像探測(cè)方案屬于時(shí)間調(diào)制型 探測(cè)方案，通過對(duì)同一目標(biāo)的多次成像獲得完整的光譜信息，因此不適用于目標(biāo)信息變化 較快的探測(cè)場(chǎng)合。
[0004] 采用線性漸變?yōu)V光片作為分光器件的光譜成像探測(cè)技術(shù)屬于時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型方 案，這種光譜成像探測(cè)技術(shù)適用與機(jī)載推掃平臺(tái)、流水線產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域。
[0005] 目前已有的線性漸變?yōu)V光片光譜成像儀均是采用將濾光片與探測(cè)器直接耦合的 方式實(shí)現(xiàn)分光和探測(cè)的過程。但是，其不足之處在于，濾光片與探測(cè)器之間的距離對(duì)光譜分 辨率有很大的影響，光譜混疊現(xiàn)象非常嚴(yán)重；此外，光線容易在濾光片和探測(cè)器之間產(chǎn)生干 涉現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)造成鬼像的產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀，能夠 完全消除光譜混疊對(duì)光譜分辨率的影響，同時(shí)避免鬼像的形成。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀，包括：
[0009] 依次設(shè)置的前置成像系統(tǒng)、線性漸變?yōu)V光片、Offner中繼成像系統(tǒng)及探測(cè)器；
[0010] 所述前置成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)成像的功能，所述線性漸變?yōu)V光片置于所述前置成 像系統(tǒng)的一次像面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的光譜分割，所述Offner中繼成像系統(tǒng)將光譜分割 后的一次像面再次成像于探測(cè)器上，所述探測(cè)器通過光電效應(yīng)獲取和記錄數(shù)字信息；
[0011] 其中，所述線性漸變?yōu)V光片與所述前置成像系統(tǒng)及Offner中繼成像系統(tǒng)之間的 距離不小于預(yù)定數(shù)值。
[0012] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過將線性漸變?yōu)V光片與前置成像系統(tǒng) 的一次像面重合，再利用Offner中繼成像系統(tǒng)將一次像面成像到探測(cè)器的靶面位置，從而 能夠完全消除光譜混疊對(duì)光譜分辨率的影響，同時(shí)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(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)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(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像 儀的光線傳播示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的前置成像系統(tǒng)的原理示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的前置成像系統(tǒng)的全色點(diǎn)列圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的前置成像系統(tǒng)全色MTF曲線圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的Offner中繼成像系統(tǒng)的原理示意圖；
[0019] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的Offner中繼成像系統(tǒng)的全色點(diǎn)列圖；
[0020] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的Offner中繼成像系統(tǒng)的全色MTF曲線圖；
[0021] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例所提供一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像 儀的各波長點(diǎn)列圖；
[0022] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成 像儀各波長MTF曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例采用線性可變?yōu)V光片，即在玻璃基底上鍍線性漸變?yōu)V光膜，放置于 一次像面處，再利用Offner中繼系統(tǒng)將一次像面成像到面陣探測(cè)器的靶面位置，探測(cè)器的 每一行探測(cè)像元接收與濾光片透過濾長對(duì)應(yīng)的光譜帶的能量，則整個(gè)面陣探測(cè)器對(duì)應(yīng)若干 光譜帶，每次拍照獲得某一區(qū)域目標(biāo)的二維空間信息和某一特定光譜帶的光譜信息。通過 飛機(jī)平臺(tái)飛行實(shí)現(xiàn)在空間維的推掃，相當(dāng)于在光譜維進(jìn)行推掃，從而獲得目標(biāo)的完整數(shù)據(jù) 立方體。其基礎(chǔ)的Offner中繼系統(tǒng)作為一個(gè)完全由球面反射鏡組成的單位放大率同心光 學(xué)系統(tǒng)，具有優(yōu)良的像差校正能力，能實(shí)現(xiàn)較大的狹縫線視場(chǎng)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、光 學(xué)加工相對(duì)容易的特點(diǎn)。同時(shí)相對(duì)于透射式的中繼成像物鏡系統(tǒng)，Offner整體系統(tǒng)光學(xué)元 件極少，能量利用率大大提高。
[0025] 實(shí)施例
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像 儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該多光譜成像儀主要包括：
[0027] 依次設(shè)置的前置成像系統(tǒng)、線性漸變?yōu)V光片、Offner中繼成像系統(tǒng)及探測(cè)器；
[0028] 所述前置成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)成像的功能，所述線性漸變?yōu)V光片置于所述前置成 像系統(tǒng)的一次像面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的光譜分割，所述Offner中繼成像系統(tǒng)將光譜分割 后的一次像面再次成像于探測(cè)器上，所述探測(cè)器通過光電效應(yīng)獲取和記錄數(shù)字信息；
[0029] 其中，所述線性漸變?yōu)V光片與所述前置成像系統(tǒng)及Offner中繼成像系統(tǒng)之間的 距離不小于預(yù)定數(shù)值（可根據(jù)實(shí)際情況或者經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定），以便有利于消除雜光和鬼像。
[0030] 進(jìn)一步的，所述探測(cè)器（例如，面陣探測(cè)器）的每一行探測(cè)像元接收經(jīng)所述線性漸 變?yōu)V光片光譜分割之后的特定譜帶能量，整個(gè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)空間目標(biāo)和若干光譜通帶；通過 平臺(tái)推掃或探測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，來獲得場(chǎng)景的完整數(shù)據(jù)立方體。
[0031] 其中，圖1的附圖標(biāo)記中1-4分別表示：前置成像系統(tǒng)、線性漸變?yōu)V光片、Offner 中繼成像系統(tǒng)及探測(cè)器。
[0032] 示例性的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述線性漸變?yōu)V光片的光譜分光范圍可以是 620-1000nm，線性漸變?yōu)V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(cè)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(tǒng)視場(chǎng)角可以為15. 74度，相對(duì)孔徑可以為1/4,焦距可以為 50_，可采用改進(jìn)型雙高斯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)全投射式的像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，能夠有效矯 正球差、像散、色差等在內(nèi)的七種像差。所述Offner中繼成像系統(tǒng)為一個(gè)1 :1的Offner中 繼成像系統(tǒng)，作為一個(gè)完全由球面反射鏡組成的單位放大率同心光學(xué)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單 緊湊、光學(xué)加工相對(duì)容易、自動(dòng)校正三階像差的特點(diǎn)。由于Offner中繼成像系統(tǒng)是一個(gè)非 軸對(duì)稱系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考察多個(gè)線視場(chǎng)的像質(zhì)；為實(shí)現(xiàn)光瞳匹配，該中繼系統(tǒng)是一個(gè)物方 遠(yuǎn)心系統(tǒng)，數(shù)值孔徑為0. 125。
[0034] 具體來說，所述前置成像系統(tǒng)與Offner中繼成像系統(tǒng)參數(shù)分配如表1所示：
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于二次成像的線性漸變?yōu)V光片型多光譜成像儀，其特征在于，包括： 依次設(shè)置的前置成像系統(tǒng)、線性漸變?yōu)V光片、offner中繼成像系統(tǒng)及探測(cè)器； 所述前置成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)成像的功能，所述線性漸變?yōu)V光片置于所述前置成像系 統(tǒng)的一次像面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的光譜分割，所述Offner中繼成像系統(tǒng)將光譜分割后的 一次像面再次成像于探測(cè)器上，所述探測(cè)器通過光電效應(yīng)獲取和記錄數(shù)字信息； 其中，所述線性漸變?yōu)V光片與所述前置成像系統(tǒng)及Offner中繼成像系統(tǒng)之間的距離 不小于預(yù)定數(shù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光譜成像儀，其特征在于， 所述探測(cè)器的每一行探測(cè)像元接收經(jīng)所述線性漸變?yōu)V光片光譜分割之后的特定譜帶 能量； 通過推掃平臺(tái)或探測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，來獲得場(chǎng)景的完整數(shù)據(jù)立方體。
【文檔編號(hào)】G01J3/02GK104155000SQ201410415614
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】柳青, 方煜, 張桂峰, 李楊, 周錦松, 林心龍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電研究院