[發(fā)明專利]阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像方法及設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810210069.1
• 申請日: 2008-08-21
• 公開（公告）號: CN101526400A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周錦松;相里斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 康 凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種干涉光譜成像方法及設(shè)備，具體涉及一種阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像方法及按該方法設(shè)計(jì)的阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像儀。

背景技術(shù)

阿達(dá)瑪變換(Hadamard?Transform)光譜技術(shù)是近四十年來發(fā)展起來的一種類似于傅里葉變換(Fourier?Transform)的新型光譜調(diào)制技術(shù)。阿達(dá)瑪變換是基于平面波函數(shù)的一種變換，具有高能量輸入、多通道成像以及高信噪比的優(yōu)點(diǎn)【M.O.Harwit，N.J.A.Slone.Hadamard?Transform?Optics.Academic：New?York，1980】，特別適用于微弱光譜信號檢測，阿達(dá)瑪變換光譜成像技術(shù)是國際上前沿研究課題之一。

目前所有的阿達(dá)瑪變換光譜成像技術(shù)都是以阿達(dá)瑪編碼模板代替常規(guī)色散型(采用棱鏡分光或光柵分光)光譜儀的入射狹縫或出射狹縫，或者同時代替二者，對各光譜成分進(jìn)行四則運(yùn)算解碼獲得被探測目標(biāo)的兩維空間信息和一維光譜信息。

阿達(dá)瑪變換光譜成像技術(shù)將阿達(dá)瑪模板作為一個寬狹縫對待，視參與編碼的各空間碼元為一個整體，但由于阿達(dá)瑪模板具有一定的尺寸，且碼元越多尺寸越寬，會產(chǎn)生空間信息和光譜信息的錯位與混疊；另外，由于阿達(dá)瑪變換光譜成像儀采用的是色散分光方法，阿達(dá)瑪模板的寬度還同時制約著光譜分辨率和空間分辨率，阿達(dá)瑪模板越窄，光譜分辨率和空間分辨率越高，但阿達(dá)瑪模板越窄進(jìn)入到光譜儀中的光能量就越少，光能量越少實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率和高空間分辨率就越困難。

為了克服上述不利因素，對于尺寸較大的阿達(dá)瑪模板，通常采取在模板與分光裝置之間放置柱面透鏡組的做法，對模板與目標(biāo)像進(jìn)行壓縮【Q.S.Hanley，P.J.Verveer，T.M.Jovin.Spectral?imaging?in?a?programmable?array?microscope?by?Hadamardtransform?fluorescence?spectroscopy.Appl.Spectrosc.，1999，53(1)：1～10】，增加了儀器的復(fù)雜度。柱面透鏡組的作用僅是將尺寸較寬的阿達(dá)瑪模板壓縮成尺寸較窄的阿達(dá)瑪模板，由于色散型光譜儀的光譜分辨率和阿達(dá)瑪模板的寬度是互相制約的，尺寸較窄的阿達(dá)瑪模板有利于提高儀器的光譜分辨率，但被壓縮后的阿達(dá)瑪模板總有一定寬度，故阿達(dá)瑪變換光譜成像技術(shù)中空間信息和光譜信息的錯位與混疊問題始終無法避免，這種錯位與混疊只能通過上述方法減輕但無法徹底消除。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像方法及設(shè)備，其解決了背景技術(shù)中空間分辨率和光譜分辨率同時受阿達(dá)瑪模板尺寸限制，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

(1)前置光學(xué)成像系統(tǒng)1將目標(biāo)成像于具有n個碼元的阿達(dá)瑪模板3表面上；

(2)緊貼著阿達(dá)瑪模板3設(shè)置一光闌2限制參與阿達(dá)瑪變換編碼的視場范圍和過濾雜散光；

(3)經(jīng)阿達(dá)瑪模板3編碼后的目標(biāo)像進(jìn)入橫向剪切干涉儀4，阿達(dá)瑪模板3在垂直于光軸的方向上被橫向剪切干涉儀4剪切成兩個虛阿達(dá)瑪模板，與阿達(dá)瑪模板3平行并且寬度方向一致；

(4)兩個虛阿達(dá)瑪模板經(jīng)傅氏鏡5和柱面鏡6，在探測器7上產(chǎn)生干涉，干涉條紋方向與剪切方向垂直，干涉光程差與剪切量和探測器的有效尺寸成正比，與傅氏鏡5的焦距成反比，阿達(dá)瑪模板3位于傅氏鏡5的前焦面，探測器7位于傅氏鏡5和柱面鏡6的后焦面；

(5)將探測器7輸出的干涉圖信號進(jìn)行數(shù)字化后送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)8中；

(6)阿達(dá)瑪模板3變換一次編碼，探測器7采集一次干涉圖信號，阿達(dá)瑪模板3變換n次后，完成編碼；

(7)n次采集得到的干涉圖信號分別進(jìn)行傅里葉變換，得到n幅目標(biāo)經(jīng)阿達(dá)瑪模板編碼后的光譜圖像，這些圖像經(jīng)快速阿達(dá)瑪變換解碼后最終得到目標(biāo)的兩維空間信息和一維光譜信息，完成成像。

一種實(shí)現(xiàn)阿達(dá)瑪變換干涉光譜成像方法的設(shè)備，包括沿光路設(shè)置的阿達(dá)瑪模板3，把目標(biāo)成像于有n個碼元的阿達(dá)瑪模板3表面上的前置光學(xué)成像系統(tǒng)1，在阿達(dá)瑪模板3垂直于光軸的方向上將其剪切成兩個虛阿達(dá)瑪模板的橫向剪切干涉儀4，探測器7以及與探測器7連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)8，其特殊之處在于：還包括緊貼于阿達(dá)瑪模板3設(shè)置的光闌2；設(shè)置于橫向剪切干涉儀4與探測器7之間的傅氏透鏡5和柱面鏡6，所述阿達(dá)瑪模板3位于傅氏透鏡5的前焦面，所述探測器7位于傅氏透鏡5和柱面鏡6的后焦面。

上述阿達(dá)瑪模板3的形式為移動式機(jī)械模板、液晶空間光調(diào)制器或數(shù)字微平面鏡陣列。