[發明專利]一種物方視場拼接紅外高光譜成像系統

有效

• 申請號: 201410748313.5
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104535182A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王躍明;周世堯;王建宇;舒嶸;郎均慰;肖喜中;袁立銀;黃文俊;鮑智康
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種紅外高光譜成像系統，具體涉及一種物方視場拼接實現大視場的棱鏡分光紅外高光譜成像系統。

背景技術

高光譜成像技術在遙感領域有著重要應用，目前公開的高光譜成像儀主要工作在可見光、近紅外以及短波紅外波段。由于紅外焦平面探測器研制難度大，成本高，紅外高光譜成像儀相對可見光高光譜成像儀技術門檻高，大視場高靈敏度的紅外高光譜成像儀技術難度則更大。

目前高靈敏度的紅外高光譜成像儀，主要采用推帚方式(視場往往較小)、凝視方式(后處理復雜)和選用高靈敏度大面陣紅外焦平面探測器(價格昂貴)三種技術手段。

大視場高光譜成像儀過去常用光機掃描式來實現，但光機掃描方式高光譜成像儀像元駐留時間短，其靈敏度一般低于推帚式儀器。

要實現高靈敏度大視場高光譜成像儀，通常采用多臺光譜儀拼接來實現，其缺點是，需要較多的光譜儀和探測器，成本較高，不利于儀器的推廣應用。

本發明提出的物方視場拼接紅外高光譜成像系統在物方采用三組物鏡對左、中、右三路視場分別進行成像，通過折轉鏡將像面與系統的三狹縫面重合。可以采用一套紅外探測器組件，分別接收三路視場的光譜圖像信號，大大降低系統成本。本發明特別適用于物鏡口徑不太大的應用場合，例如航空遙感、中分辨率航天遙感等。

本發明盡管增加了物鏡的數量和折轉鏡，以及由于系統采用了三狹縫，垂直于狹縫方向的視場有所擴大，導致成像系統尺寸略大，但比起采用三臺光譜儀來說無論是體積還是重量都要小的多，并且由于可以僅采用一個探測器就能接收三路視場的光譜圖像信號，系統的成本相應大幅度下降。目前紅外探測器成本約占高靈敏度推帚式紅外高光譜成像儀硬件成本的一半以上。粗略估算，采用本發明實現的系統成本不到傳統多臺光譜儀拼接系統的50％。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大視場、成本相對較低的紅外高光譜成像系統，解決現有高光譜成像儀很難同時兼顧大視場、高靈敏度和低成本的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種物方視場拼接紅外高光譜成像系統，系統包括成像子系統1和分光子系統2。其中，如圖1所示，成像子系統1包括：(左路視場)前置轉折鏡101-1、物鏡組103-1、后置轉折鏡102-1；(中路視場)前置轉折鏡101-2、后置轉折鏡102-2、物鏡組103-2；(右路視場)前置轉折鏡101-3、物鏡組103-3、后置轉折鏡102-3；如圖2所示，分光子系統2包括：三狹縫201、準直反射鏡202、分光棱鏡203、會聚反射鏡204和探測器光敏面205。左路視場區域按地面軌跡掃描進來的目標光線依次通過前置轉折鏡101-1、物鏡組103-1、后置折轉鏡102-1，然后一次成像在三狹縫面的狹縫1(201-1)上；中路視場區域按地面軌跡掃描進來的目標光線依次通過前置轉折鏡101-2、后置轉折鏡102-2、物鏡組103-2，然后一次成像在三狹縫面的狹縫2(201-2)上；右路視場區域按地面軌跡掃描進來的目標光線依次通過前置轉折鏡101-3、物鏡組103-3、后置折轉鏡102-3，然后一次成像在三狹縫面的狹縫3(201-3)上。三路視場的目標光線按左、中、右路順序并排成像在三狹縫201處。通過三狹縫201的三路視場光線經過準直反射鏡202反射到分光棱鏡203色散后，最后折射到會聚反射鏡204上，最終被探測器光敏面205接收。

所述三組前置轉折鏡101和后置轉折鏡102均為平面反射鏡，所述物鏡組1(103-1)、物鏡組2(103-2)、物鏡組3(103-3)為結構相同的望遠透鏡組，所述準直反射鏡202為偏軸使用的凹扁球形反射面；所述會聚反射鏡204為偏軸使用的凹橢球形反射面；所述分光棱鏡203為偏軸使用的融石英棱鏡，該融石英棱鏡的第一面203-1和第二面203-2的光學表面均為球面，其中第一面為內反射面，第二面為透射表面。

令垂直于地面目標指向地心方向為正X軸方向，地面軌跡由左到右視場方向為正Y軸方向，搭載光譜成像系統的飛行平臺運動軌跡反方向為正Z軸方向。對于左路視場，前置轉折鏡1(101-1)Z軸傾斜-45°，后置轉折鏡1(102-1)X軸傾斜45°；對于中路視場，前置轉折鏡2(101-2)Z軸傾斜-45°，后置轉折鏡2(102-2)X軸傾斜45°；對于右路視場，前置轉折鏡3(101-3)Z軸傾斜45°，后置轉折鏡3(102-3)X軸傾斜-45°。