[發(fā)明專利]一種快照式多光譜的圖像復(fù)分光譜成像方法和光譜成像儀

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201510587654.3
• 申請日: 2015-09-15
• 公開（公告）號: CN105157835A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬培培;劉揚陽;呂群波;裴琳琳;方煜
• 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;鄭哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種快照式多譜段光譜成像儀。

背景技術(shù)

光譜成像儀能夠同時獲得探測目標(biāo)的二維空間信息(x,y)和一維光譜信息(λ)，構(gòu)建目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。獲得數(shù)據(jù)立方體的方法通常有三種：時間掃描、空間掃描和快照(Snap-shot)，前兩種可以統(tǒng)稱為掃描方法。時間掃描型光譜儀需要在不同時間段設(shè)置不同的帶通濾波器以獲得待測譜段中的各譜段信息，但是帶通濾波器有帶寬限制，所以在重構(gòu)成圖像時存在誤差；空間掃描型光譜儀需要空間移動或者光譜儀本身具有運動部件，這樣容易引入對準(zhǔn)和運動誤差，并且掃描運動對掃描機構(gòu)和推掃平臺的運動精度和穩(wěn)定性的要求很高，加大了運動部件的加工難度和成本。這兩種掃描型光譜儀都是以某種掃描方式來獲取目標(biāo)場景的完整圖像光譜信息，無法在一次曝光內(nèi)同時獲取空間和光譜信息，因而限制了成像光譜儀在快速目標(biāo)探測等方面的應(yīng)用。

計算光譜成像技術(shù)(computationalimagingspectrometry,CIS)是近年來提出的一種新型快照式光譜成像技術(shù)。該技術(shù)基于傳統(tǒng)的色散型光譜成像技術(shù)，引入具有特殊數(shù)學(xué)形式的二維編碼模板，編碼模板和色散元件分別對目標(biāo)的空間信息和光譜信息進(jìn)行調(diào)制，并采用壓縮感知理論對獲取的二維圖譜混疊圖像進(jìn)行三維圖譜重構(gòu)，一次曝光就能重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體信息，實現(xiàn)目標(biāo)景物空間信息和光譜信息的快照式成像。但是，由于需要后續(xù)反演算法，不能實現(xiàn)動態(tài)目標(biāo)實時光譜測量；同時，其原理復(fù)雜，加工工藝復(fù)雜，由此儀器的體積、重量等等不容易控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種快照式多光譜的圖像復(fù)分光譜成像方法和光譜成像儀，其輸出圖像無需后續(xù)數(shù)據(jù)處理任務(wù)，可以直接應(yīng)用，同時，該成像儀原理簡單，加工簡單并且成本低，滿足小型設(shè)計的要求。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種快照式多譜段光譜成像儀，包括：依次設(shè)置且相互平行的物鏡、準(zhǔn)直鏡、分光結(jié)構(gòu)、成像鏡、濾波片陣列與探測器；其中：所述分光結(jié)構(gòu)為基于Wollaston棱鏡的分光結(jié)構(gòu)。

所述分光結(jié)構(gòu)包括：

平行設(shè)置的起偏器、四個波片以及四個Wollaston棱鏡；其中，四個波片以及四個Wollaston棱鏡穿插設(shè)置。

一種快照式多光譜的圖像復(fù)分光譜成像方法，基于前述的快照式多譜段光譜成像儀實現(xiàn)，光束由物鏡入射，經(jīng)準(zhǔn)直鏡后平行入射分光結(jié)構(gòu)，在分光結(jié)構(gòu)中，光束被分光為N束，之后射入成像鏡成像，再經(jīng)過濾光片陣列進(jìn)行濾波與補償光程差，最后在探測器上得到的是N個波段純凈且成像準(zhǔn)確的像。

所述分光結(jié)構(gòu)包含平行設(shè)置的起偏器、四個波片以及四個Wollaston棱鏡，其中穿插設(shè)置的四個波片以及四個Wollaston棱鏡組成四個光束分離器，當(dāng)光束射入分光結(jié)構(gòu)后，被分束為2⁴＝16束光。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，結(jié)構(gòu)中沒有入射狹縫，光通量高，且沒有運動部件，無需推掃和凝視成像，在面陣探測器一幀成像，不同光譜的二維空間信息成陣列組合成像在探測器上，在一次曝光就能同時獲得目標(biāo)的空間信息和光譜信息；同時，沒有后續(xù)反演算法的需求，可實現(xiàn)動態(tài)目標(biāo)實時光譜測量，在探測靈活變化目標(biāo)方面，具有很大的優(yōu)勢；另外，加工工藝相對簡單。由此儀器的體積、重量、功耗等等，都十分容易控制，滿足各種小型設(shè)計需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種快照式多譜段光譜成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的16波段的分光結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的16波段成像示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的462.5nm、587.5nm、712.5nm和837.5nm四個光譜波段的點列圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的462.5nm、587.5nm、712.5nm和837.5nm四個光譜波段的MTF曲線圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的偏振片與波片聯(lián)合光軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式