[發明專利]一種集成全色和偏振超光譜探測能力的成像儀

有效

• 申請號: 200910219176.5
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN102080987A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 邱躍洪;趙葆常;李英才
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 徐平

技術領域

本發明涉及一種光譜成像儀，尤其涉及一種集成全色和偏振超光譜探測能力的成像儀。

背景技術

利用光譜圖像信息可以獲得目標的物質組成、含量等化學特征及其空間分布信息，因而成像光譜技術在國民經濟社會的各個領域具有廣泛的應用前景。

首先，成像光譜儀可以作為空間飛行器的有效載荷，利用其獲取的光譜信息可以應用于以下領域：土地資源調查(礦產勘探、城市規劃、城郊土地分類利用、土地沙化治理和土壤侵蝕監測等)、林業(林業資源調查和伐林造林監測等)、生態(環境監測、陸地生態研究和區域生態環境評價等)、農業(大面積農業資源監測、農作物產量預測、農作物長勢分析預測、病蟲害監測等)、深空探測(月球、火星等星體的礦物勘探、太陽系行星大氣探測等)等領域。其次，光譜分析技術還廣泛應用于食品飲料、石油化工、紡織、臨床醫學等各個行業。

偏振圖像信息提供了關于目標的粗糙度、含水量、空隙度、微粒粒徑等物理特征及其空間分布信息。偏振遙感與傳統遙感相比，有許多獨特之處，它可以解決普通光度學無法解決的一些問題，如云和氣溶膠的粒徑分布等。來自地物的散射光往往為線偏振光，如林冠覆蓋、耕地、草場的散射光具有20％以上的偏振度，泥灘和水面的反射光具有50％以上的偏振度，不同地物具有不同的偏振特征，而人造目標往往具有比自然目標更強的偏振特征，利用這些偏振信息可以反演出地物目標的物理結構、水份含量、巖石中的金屬含量等，監測海水污染狀況，探測地面上空云分布、種類、高度及大氣氣溶膠粒子的尺寸分布等。無疑，與成像光譜技術和成像偏振技術相比，偏振超光譜成像技術可以獲取更詳盡、更全面的目標信息。

成像光譜技術依分光原理可分為干涉型(空間調制型、時間調制型)、色散型(光柵型和棱鏡型)和濾光型(旋轉濾光片、液晶可調諧濾光器(Liquid?CrystalTunable?Filter，LCTF)、聲光可調諧濾光器(Acousto-Optic?Tunable?Filter，AOTF)等)三種，每種均有其優缺點及其適用范圍，其中基于聲光可調諧濾光器(AcoustoOptic?Tunable?Filter，AOTF)的成像光譜技術具有光譜通道和光譜透過率可快速電調諧所提供的靈活性(光譜通道順序或隨機調諧、多通道同時獲取、智能自主光譜通道選擇和獲取、實現矩形光譜響應曲線等)、無運動部件帶來的結構緊湊性(適應惡劣的力學環境)、無需復雜數據處理帶來的易用性以及能同時獲取偏振、光譜和圖像等多維信息(提高目標探測和識別的能力)的集成性等諸多特色，而具有廣泛的應用前景。

由于自然光經AOTF衍射后產生偏振態正交的窄帶O光和E光，同時采集窄帶O光和E光圖像即可構成最簡單和緊湊的偏振超光譜成像系統(Li-JenCheng，Tien-Hsin?Chao，Mack?Dowdy，Clayton?LaBaw，Cohn?Mahoney，GeorgeReyes，“Multispectral?imaging?systems?using?acousto-optic?tunable?filter”，Proc.SPIE?Vol.1874，pp.223-231，1993.)。但已有技術方案有以下缺陷：(1)需要兩個探測器去分別獲取O光圖像和E光圖像，無疑使系統結構復雜，成本增加；(2)沒有補償AOTF調諧時引起的圖像飄移，從而導致復原光譜因譜段混疊而信噪比惡化；(3)AOTF驅動裝置采用DDS芯片，只能工作在單頻模式，無法獲得多頻模式下多譜段復合圖像；(4)沒有利用零級衍射光信息；(5)沒有光路轉折而導致系統結構尺寸較長。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種通過光學拼接裝置將O光圖像和E光圖像拼接在同一個探測器的感光面上、通過光路轉折使系統結構緊湊、通過光楔補償裝置和圖像配準算法進行圖像漂移補償、基于任意波形發生器方案實現多頻AOTF驅動、能同時獲取全色圖像信息和窄帶正交偏振圖像信息的可編程偏振超光譜和全色聯合成像儀。

本發明的技術解決方案是：本發明提供了一種集成全色和偏振超光譜探測能力的成像儀，其特殊之處在于：所述集成全色和偏振超光譜探測能力的成像儀包括前置鏡、視場光闌、準直鏡、聲光可調諧濾光器、轉折鏡、偏振超光譜成像系統以及全色成像系統；所述前置鏡、視場光闌、準直鏡、聲光可調諧濾光器和轉折鏡依次設置于同一光路上；所述經轉折鏡轉折后在一級衍射光的光路上設置有偏振超光譜成像系統以及經轉折鏡轉折后在零級衍射光的光路上設置有全色成像系統。