[發(fā)明專利]卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010278655.7
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN102004308A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 何云濤;江月松;武小芳;劉海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B23/12
• 分類號: G02B23/12;G02B5/20;G01S7/48;G01S17/89
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了具有實時性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置，屬于激光雷達、可見光和紅外遙感探測等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

透射式光學系統(tǒng)造價高、測試困難、存在色差，離軸式光學系統(tǒng)造價也較高，而卡塞格林(Cassegrain)系統(tǒng)則具有消球差、筒長短、無實際光線匯聚點等優(yōu)點.因此，在光電裝備中應用最為廣泛的是卡塞格林式或經(jīng)過改進的卡塞格林式光學系統(tǒng)。

卡塞格林望遠鏡是由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡，1672年為卡塞格林所發(fā)明。反射鏡中大的稱為主鏡，小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔，成像于主鏡后面。它的焦點稱為卡塞格林焦點。有時也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平面鏡，成像于側(cè)面，這種卡塞格林望遠鏡，又稱為耐司姆斯望遠鏡。

在卡塞格林望遠鏡焦點處可以安置較大的終端設備，并不擋光，且觀測操作也較方便。對于一個兼具有主焦點系統(tǒng)、卡塞格林系統(tǒng)和折軸系統(tǒng)的望遠鏡，卡塞格林望遠鏡的相對口徑是中等的，它適用于作中等光力、較大比例尺的照相和其他工作，一般在這里進行的主要工作有較大光譜儀的分光觀測、直接照相和像增強器照相、光電測光和紅外觀測等。

多光譜成像是利用具有一定光譜分辨率的多光譜圖像進行目標探測，其最大的特點就是能夠?qū)⒐ぷ鞴庾V區(qū)精細劃分為多個譜段，并同時在各譜段對目標場景成像探測。由于絕大多數(shù)物質(zhì)都有其獨特的輻射、反射或吸收光譜特征，有的文獻稱為“指紋光譜特征”，因此根據(jù)不同光譜成像結(jié)果分析可準確地分辨成像結(jié)果中的各種目標成分。相比傳統(tǒng)的單一寬波段光電探測技術(shù)，多光譜成像可提供更加豐富的目標場景信息，在目標材質(zhì)識別、異常目標檢測、偽裝目標辨識、復雜背景抑制等目標探測技術(shù)領(lǐng)域都有著極為重要的應用。

多光譜成像探測技術(shù)可以在多個經(jīng)過預先選擇的特征光譜波段對目標場景進行成像探測，可以很好地實現(xiàn)顏色相近的真?zhèn)文繕俗R別、雜亂背景抑制等傳統(tǒng)寬波段圖像探測器不能完成的任務。在特定的觀測場景下，在經(jīng)過事先研究確定好的目標與背景信號強度差異大的光譜波段進行觀測，可以大幅提升目標背景信雜比，提高探測性能。最為重要的是多光譜成像探測器結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以構(gòu)造出小型化的戰(zhàn)術(shù)觀測設備，滿足多種場合的需要。

一直以來，多光譜成像傳感器并沒有得到充分重視，在理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新方面都顯缺乏。現(xiàn)有的多光譜成像方法主要有兩種：一種是采用多個圖像傳感器并分別配置不同濾波器構(gòu)成；另一種是前端安置具有多個濾波器片的撥輪，后端采用單一圖像傳感器，并由時序驅(qū)動電路控制其選擇前端不同通道的光譜段信息。這兩種方式雖然已較為成熟，但缺點明顯，主要體現(xiàn)在：第一種方法雖然具有較好的實時性，但因需要多個圖像傳感器，造成整體結(jié)構(gòu)偏大，無法實現(xiàn)微小型化；第二種方法需要額外的機械撥輪和驅(qū)動器，只能采集序列圖像，無法采集同一時刻、同一被觀測場景在不同光譜段的圖像信息，實時性差。因此尋找一種新的多光譜成像探測技術(shù)，在滿足實時性的基礎(chǔ)上又能實現(xiàn)系統(tǒng)微小型化，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了具有實時性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置，如圖1所示。在本發(fā)明中，通過采用拼接式卡塞格林望遠鏡接收來自目標散射的多光譜光束，根據(jù)所需的探測光譜的數(shù)目確定望遠鏡主鏡拼接所需主鏡片的數(shù)目，并在每塊主鏡片前放置一個帶通濾光片以匹配所需探測光譜的具體特征；每塊主鏡片接收的光束都在望遠鏡之后的象增強器上產(chǎn)生一個圖像，因此最終在CCD相機可以得到對相同目標在每個光譜上的成像結(jié)果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單靈活，通過使用不同的濾光片和拼接式卡塞格林望遠鏡相結(jié)合，很容易獲得不同光譜區(qū)域的圖像。

本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了具有實時性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置，采用如下技術(shù)方案：

(1)本發(fā)明的卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置是由帶通濾光片組、卡塞格林望遠鏡次鏡、卡塞格林望遠鏡主鏡、象增強器和CCD相機組成。

(2)本發(fā)明的卡塞格林望遠鏡多光譜成像方法和裝置的基本工作過程如下：來自同一目標散射包含多光譜的光束首先經(jīng)過帶通濾光片組，然后依次經(jīng)過卡塞格林望遠鏡主鏡和卡塞格林望遠鏡次鏡；經(jīng)過卡塞格林望遠鏡次鏡后的光束在象增強器上成像并被增強，最終在CCD相機上被探測成像。

(3)本發(fā)明中，所述的多光譜是指所需探測的多個波長范圍共同組成的光譜組合。