[發明專利]一種多波段共光路圖譜聯合遙感測量系統及方法

有效

• 申請號: 201310750061.5
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103776540A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張天序;戴小兵;劉祥燕;季劍飛;何旭東;高鵬程
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于遙感測量技術領域，更具體地，涉及一種多波段共光路圖譜聯合遙感測量系統及方法。

背景技術

按照電磁波譜的結構和特性，目標紅外信息是指紅外譜段傳感器獲取的目標與背景輻射、反射和散射特性的差異，它包括短、中、長波紅外各精細光譜(線)波段的輻射、反射和散射特性。與單譜段的目標背景信息相比，多個精細譜段信息更能全面而準確地反映目標與背景本身固有的特性。常規探測手段一般使用單譜段成像探測方法，在較寬的譜段上采集目標/背景能量，此時目標往往淹沒于復雜的背景雜波之中或被干擾，信號非常微弱，信噪比、信雜比很低。

圖譜聯合設備把目標紅外光譜和紅外成像信息結合起來，利用目標在紅外光譜譜線上的獨特的光譜特征，可以大大提高目標的可探測性。該技術廣泛應用于遙感領域，為研究各種目標背景的光譜特性，進而對場景進行分類、監視與目標探測識別提供數據基礎。

國內外都非常重視研發此類圖譜聯合設備。目前，常用的圖譜聯合設備為成像光譜儀。此類成像光譜儀一般安裝在飛行器上，其掃描轉鏡旋轉，使接收的瞬時視場作垂直于飛行方向的運動，從而實現掃描。由于飛行器的前向運動，成像光譜儀即完成二維掃描，地物景象被逐點掃過，并逐點分波段測量，從而獲得多光譜的遙感圖像信息。例如美國JPL實驗室完成的AVIPIS系統和美國GER公司GERIS系統以及國內中科院上海技術物理研究所研究的PHI推掃式成像光譜儀系統。此類系統能夠提供豐富的二維空間信息及第三維的光譜數據，即二維空間成像的每一點都可以提取光譜信息。但是這種設備提取目標場景的圖像立方體數據，信息處理量非常大，空間分辨率較低，適用于靜止目標的測量，對于運動目標難以應付，且價格昂貴，一般用戶難以接受。

在許多實際應用中，靜止的地物和天空背景的光譜并不需要實時獲取，而需要利用光譜特性對場景中運動目標(時變對象)或局部區域進行自動實時地檢測識別探測識別，如空中的飛機、海上的船舶、行駛中的車輛、火災、爆炸等。

在相關專利中，國內的華中科技大學申請并授權的“一種圖譜一體化的時變對象光譜信息獲取方法與裝置”(ZL200910272679.9)和“一種多波段動目標光譜特征探測識別方法和裝置”(ZL201110430969.9)采用兩個鏡頭組合實現圖譜聯合的方式，設備體積大；采用平面紅外窗口，視場小；測量方法針對單個運動目標，沒有一種智能化的自動控制策略指導遙感測量過程。

對于上述多個運動目標和時變對象的自動檢測與光譜識別，目前常用的光譜成像設備存在以下缺點：(1)不適于場景中局部區域的光譜測量；(2)不能實現多個運動目標的自動跟蹤測譜；(3)不能進行目標光譜的在線處理與識別；(4)數據量大、速度慢且價格昂貴。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多波段共光路圖譜聯合遙感測量系統及方法，其目的在于實現對動目標或者局部區域的多波段共光軸的圖譜聯合測量，由此解決弱小目標、動目標的探測與識別的技術問題。

本發明提供了一種多波段共光路圖譜聯合遙感測量系統，由防護性的殼體包裹，包括紅外窗口、二維轉鏡、平面反射鏡、反射式多波段紅外鏡頭、傅里葉干涉光譜模塊、圖譜聯合處理模塊、電源模塊、制冷模塊和顯示模塊；所述紅外窗口與殼體連接，用于透過目標場景中的紅外光線；所述二維轉鏡固定安裝在所述殼體內部，所述二維轉鏡的中心與所述紅外窗口的視場中心軸重合，所述二維轉鏡的鏡面與所述紅外窗口的視場中心軸成45°放置，用于跟蹤目標場景中動目標，實現局部區域以及多目標采樣；所述平面反射鏡的中心與所述二維轉鏡的中心在同一水平高度，所述平面反射鏡的鏡面與所述二維轉鏡的鏡面平行；所述反射式多波段紅外鏡頭的中心軸與所述平面反射鏡的中心重合，用于多波段的紅外光線聚焦，并實現成像與光譜測量共光路；所述傅里葉干涉光譜模塊的光信號輸入端與所述反射式多波段紅外鏡頭連接，所述傅里葉干涉光譜模塊的電信號輸出端與所述圖譜聯合處理模塊連接，用于獲取紅外光譜數據；所述圖譜聯合處理模塊與所述反射式多波段紅外鏡頭連接，用于實現圖譜聯合處理；所述電源模塊、制冷模塊和顯示模塊分別與所述圖譜聯合處理模塊連接。

其中，所述二維轉鏡包括平面反射鏡、二維轉臺和伺服電機；所述平面反射鏡放置在所述二維轉臺上，并通過轉臺上的卡槽固定；所述伺服電機的兩個驅動軸分別與所述二維轉臺俯仰軸以及旋轉軸機械連接。