[發明專利]紅外成像光譜儀及其對快速移動目標的超光譜成像方法

有效

• 申請號: 201310208846.X
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103323124A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王晨晟;趙坤;張智杰;岳松;余徽
• 申請（專利權）人: 湖北久之洋紅外系統股份有限公司
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02;G01J3/45
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

1.一種邁克爾遜干涉儀，其特征在于：它包括第一輸入端口、第二輸入端口、第一輸出端口、第二輸出端口、第一立體直角反射鏡（3.1）、第二立體直角反射鏡（3.2）、固定臂（3.3）、活動臂（3.4）、動鏡驅動裝置（3.5）、分光鏡（3.6）、第一補償板（3.7）和第二補償板（3.8）；

其中固定臂（3.3）設置在水平方向，活動臂（3.4）設置在豎直方向，第一立體直角反射鏡（3.1）和第二立體直角反射鏡（3.2）的頂點分別固定安裝在固定臂（3.3）和活動臂（3.4）上；活動臂（3.4）由動鏡驅動裝置（3.5）控制左右移動；

分光鏡（3.6）的中心面同時經過第一輸入端口光軸與第二輸入端口光軸的交點，以及第一輸出端光軸與第二輸出端光軸的交點；第一補償板（3.7）和第二補償板（3.8）平行安裝于分光鏡（3.6）兩側用于補償各種波長之間光程差。

2.根據權利要求1所述的邁克爾遜干涉儀，其特征在于：所述的活動臂移動到最左端時第一立體直角反射鏡（3.1）和第二立體直角反射鏡（3.2）以分光鏡（3.6）的中心面成對稱關系。

3.一種紅外成像光譜儀，其特征在于：它包括權利要求1所述的邁克爾遜干涉儀（3），還包括第一光學望遠系統（1）、第二光學望遠系統（2）、第一聚焦透鏡（4）、第一中波面陣紅外探測器（5）、第二聚焦透鏡（6）、第二中波面陣紅外探測器（7）和控制系統（9）；

其中第一光學望遠系統（1）沿光軸方向安裝在邁克爾遜干涉儀（3）的第一輸入端口前方，用于輸入目標輻射的光信號；第二光學望遠系統（2）沿光軸方向安裝在邁克爾遜干涉儀（3）的第二輸入端口前方，用于輸入背景輻射的光信號；

從第一輸出端口和第二輸出端口射出的干涉光分別經過第一聚焦透鏡（4）和第二聚焦透鏡（6）聚焦后，分別被第一中波面陣紅外探測器（5）和第二中波面陣紅外探測器（7）接收轉換為模擬電信號并傳輸給控制系統（9）；控制系統（9）用于將模擬電信號轉換為數字信號，并進行目標提取、空間窗口調整和傅里葉變換，生成超光譜立方圖像；?

所述邁克爾遜干涉儀（3）的動鏡驅動裝置（3.5）由控制系統（9）控制。

4.根據權利要求3所述的紅外成像光譜儀，其特征在于：它還包括由控制系統（9）控制的制冷機（8），用于給兩個中波面陣紅外探測器的焦平面制冷。

5.一種利用權利要求3或4所述的紅外成像光譜儀實現的對快速移動目標的超光譜成像方法，其特征在于：它包括以下步驟：

1）設置邁克爾遜干涉儀零光程差：

動鏡驅動裝置控制活動臂定位，使得第一立體直角反射鏡和第二立體直角反射鏡以分光鏡的中心面成對稱關系；

2）參數設置和調試：

????在零光程差位置，控制系統將接收到的兩路模擬信號分別轉換成兩幅數字圖像信號，并將兩幅數字圖像信號融合成紅外圖像；連續獲取若干幀圖像，并采用目標提取算法，獲取每幀紅外圖像中目標的位置并估算出目標的移動速度；根據目標移動的速度調整活動臂移動的最大距離以及最終輸出的超光譜圖像的窗口大小；

3）圖像數據采集：

以零光程差位置為起始點，控制活動臂向右移動，設置移動步長d，至活動臂移動到最右端位置結束，為一個周期；在一個周期內，每移動一次，控制系統采集一次信號，將接收到的兩路模擬信號分別轉換成兩幅數字圖像信號，將兩幅數字圖像信號融合成紅外圖像并保存；

4）超光譜成像：

對步驟3）這一周期內獲取的一系列紅外圖像對應步驟2）設置的窗口內每個像素位置的數據進行傅里葉變換，得到每個像素位置對應的超光譜成像，最終得到窗口內目標的超光譜立方圖像。

6.根據權利要求5所述的對快速移動目標的超光譜成像方法，其特征在于：在所有步驟中，增加制冷機，對兩個中波面陣紅外探測器制冷，使其工作在低溫穩定的環境中。

7.根據權利要求5或6所述的對快速移動目標的超光譜成像方法，其特征在于：所述活動臂的移動步長d小于或等于250nm。

8.根據權利要求5或6所述的對快速移動目標的超光譜成像方法，其特征在于：所述步驟2）中，目標的移動速度越快，活動臂的最大移動距離越小，超光譜圖像的窗口越小。

9.根據權利要求5或6所述的對快速移動目標的超光譜成像方法，其特征在于：所述步驟3）設目標輻射的光信號經過第一紅外光學望遠系統后的光信號為I₁，背景輻射的光信號經過第二紅外光學望遠系統后的光信號為I₂；信號的采集過程如下：

I₁經過分光鏡后被分為兩束光分別為I₁₁和I₁₂，I₂經過分光鏡后被分為兩束光分別為I₂₁和I₂₂，其中I₁₁和I₁₂的光程差為2dn，I₂₁和I₂₂的光程差也為2dn，n為活動臂向右移動的次數；兩個補償板用于補償各種波長之間光程差；

I₁₁和I₁₂分別經過第一立體直角反射鏡和第二立體直角反射鏡反射后再次回到分光鏡，經過分光，最終輸出兩束干涉光O₁₁和O₁₂；I₂₁和I₂₂分別經過第一立體直角反射鏡和第二立體直角反射鏡反射后再次經過分光鏡分光，最終輸出兩束干涉光O₂₁和O₂₂；

O₁₁和O₂₁疊加后經過第一聚焦透鏡聚焦，由第一中波面陣紅外探測器接收；O₁₂和O₂₂疊加后經過第二聚焦透鏡聚焦，由第二中波面陣紅外探測器接收；兩個中波面陣紅外探測器將接收到的光信號轉換為模擬電信號并傳輸給控制系統。