[發(fā)明專利]一種基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310034468.8
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103148936A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜述松;相里斌;周志良;黃旻;周錦松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)，尤其涉及一種基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像儀。

背景技術(shù)

目前，光譜成像技術(shù)是將光學(xué)成像技術(shù)和光譜分析技術(shù)相結(jié)合而得到的一種成像技術(shù)，利用光譜成像技術(shù)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幾何影像和理化屬性，所以利用光譜成像技術(shù)可以對目標的特征進行精確感知和識別，該技術(shù)在在航空航天遙感、工農(nóng)業(yè)檢測、環(huán)境監(jiān)測和資源探測等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)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，色散型成像光譜儀具有結(jié)構(gòu)簡單、光譜分辨率較高的優(yōu)點，但是由于系統(tǒng)中存在狹縫，其能量利用率低、儀器靈敏度低；常用的干涉型成像光譜儀是將目標所發(fā)出的光線剪切成兩束相干的光線，兩束相干光經(jīng)過不同的物理路徑并最終干涉成像在探測器上，兩束相干光具有一定的光程差，可以形成干涉圖，通過對干涉圖進行傅里葉變換的方法可以獲取目標的光曲線，干涉型成像光譜儀具有高通量的優(yōu)點，但是光譜曲線復(fù)原精度受到諸多因素的制約；濾光型成像光譜儀是通過濾光片系統(tǒng)，在某一時刻或探測器的某一區(qū)域獲取目標某一種波長的圖像，通過更換濾光片或者是對探測器上不同區(qū)域圖像的重構(gòu)來獲取目標的光譜數(shù)據(jù)立方體，色散型成像光譜儀具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但能量不足往往會限制其應(yīng)用的范圍。

如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中基于微透鏡陣列的多光譜成像技術(shù)示意圖，其中：前置光學(xué)系統(tǒng)的主面、入瞳與濾光片陣列放置的位置相互重合。參照圖1，成像目標經(jīng)過前置光學(xué)系統(tǒng)后成像在微透鏡陣列之上，也即成像目標、與微透鏡陣列通過前置光學(xué)系統(tǒng)物像關(guān)系，其中目標點所在平面為物面，微透鏡陣列面為像面；目標所發(fā)出的光線經(jīng)過濾光片陣列之后被分解成多個子孔徑，每一個子孔徑對應(yīng)于濾光片陣列的某一波長的濾光片，子孔徑的數(shù)目由濾光片陣列的組成單元數(shù)目確定，各子孔徑與探測器上的像元之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系。通過濾光片后的光線在微透鏡陣列上匯聚到一點，對于單個微透鏡來說，濾光片陣列可看成其物面，探測器平面可看濾光片陣列經(jīng)過微透鏡之后成像的像面，濾光片陣列經(jīng)過一個微透鏡之后在探測器的對應(yīng)區(qū)域上得到與濾光片單元數(shù)目相同的、相互分離的多譜段圖像。在這種結(jié)構(gòu)中，濾光片陣列一旦制成并完成裝配，進入光學(xué)系統(tǒng)的光的波長就是固定的，而且?guī)捯膊荒苓M行調(diào)整，一種儀器一般只能應(yīng)用于特定的領(lǐng)域。

由上可見，上述現(xiàn)有的多光譜成像技術(shù)中濾光片陣列采用鍍膜的方法來實現(xiàn)，鍍膜后的濾光片陣列其中心波長以及帶寬均是固定的，如果要獲取其他波段的圖像或改變帶寬則需要更換濾光片陣列，這不利于需要獲取多種譜段信息的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像儀，采用液晶光閥陣列取代濾光片陣列，對所選擇的波長與帶寬實現(xiàn)編程化控制，可更好的滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像儀，所述多光譜成像儀包括液晶光閥陣列、前置光學(xué)系統(tǒng)、微透鏡陣列、探測器和液晶光閥控制模塊，其中：

所述液晶光閥陣列放置在所述前置光學(xué)系統(tǒng)的主面位置上；

成像目標與所述微透鏡陣列通過所述前置光學(xué)系統(tǒng)滿足物像關(guān)系：其中，l₁為成像目標與和所述前置光學(xué)系統(tǒng)主面之間的距離，l′₁為所述微透鏡陣列與所述前置光學(xué)系統(tǒng)主面之間的距離，f₁是所述前置光學(xué)系統(tǒng)的焦距；

所述前置光學(xué)系統(tǒng)的主面與所述探測器通過所述微透鏡陣列滿足物象關(guān)系：其中，l₂為所述前置光學(xué)系統(tǒng)主面與所述微透鏡陣列的距離，l′₂為所述微透鏡陣列與所述探測器之間的距離，f₂是所述微透鏡陣列單個透鏡的焦距；

所述液晶光閥控制模塊實現(xiàn)對所述液晶光閥陣列中心波長的編程化控制。

所述液晶光閥陣列、前置光學(xué)系統(tǒng)的主面位置以及入瞳位置相互重合。

通過所述液晶光閥陣列將所述成像目標分解為多個波段不同的子孔徑。

所述探測器為電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導(dǎo)體或膠片。

一種基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括前置望遠鏡模塊、如權(quán)利要求1所述基于液晶光閥技術(shù)的多光譜成像儀、多光譜圖像重構(gòu)模塊以及多光譜圖像合成模塊，其中：