[發明專利]一種共光路小型化多光譜成像系統

在審

• 申請號: 201510670422.4
• 申請日: 2015-10-13
• 公開（公告）號: CN105258796A
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 張芳;高教波;鄭雅衛;陳慧玲;張磊;成娟;高飛
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于多光譜成像領域，特別是涉及一種濾光片分光式共光路小型化多光譜成像系統。

背景技術

多光譜成像系統能夠同時獲取目標的光譜信息和空間信息，在軍事偵察中，可根據目標的反射或輻射光譜信息發現傳統照相偵察系統無法發現的目標。濾光片分光式多光譜成像系統是指采用具有濾光作用的器件，如窄帶濾光片、線性漸變濾光片LVF、聲光可調諧濾光片AOTF等,每當濾光器件獲得一幀準單色圖，光譜成像系統利用推掃，及改變通光參數得到特定目標或場景的光譜和空間信息。

國外期刊SPIEVol.5787發表的一篇論文《Missionadaptablenarrowbandtunableimagingspectrometer(MANTIS):tacticalspectralsensing》中介紹的一種多光譜成像儀，該系統采用四個相同的相機作為圖像接受器件，每個相機前面安裝一個成像鏡頭，四個成像鏡頭完全相同，鏡頭前方設計有專門的濾光片接口螺紋用于與濾光片連接，系統具有多與4種不同波段的濾光片，可根據不同的工作需要進行組合選用。該多光譜成像儀的主要缺點是：每個光譜通道對應的成像鏡頭和相機系統構成的成像子系統相對獨立，機械裝調時對四個成像子系統之間的光軸一致性要求很高，一旦四個成像子系統之間的光軸存在偏差，將導致各光譜通道獲得的圖像無法融合。

南京理工大學申請了一個中國專利《多光譜光場相機》，該系統首先在成像主透鏡的光瞳面上放置濾光片陣列，采用孔徑分割的方法引入目標各個光譜段的信息；其次利用位于成像主透鏡像面上的微透鏡陣列對多光譜信息進行空間上的分離；并引入組合副透鏡將微透鏡焦平面二次轉移到探測器光敏面上；最后信號處理系統對探測器得到的數據進行計算，提取得到不同波段光譜圖像。該多光譜光場相機的主要缺點是：(1)整個系統結構復雜，且對探測器面陣大小有一定的要求；(2)光學器件過多，光學透過率下降，能量利用率低。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種共光路小型化多光譜成像系統。

本發明的技術方案為：

所述一種共光路小型化多光譜成像系統，其特征在于：包括成像物鏡、棱鏡分光系統、多光譜濾光片組合系統、探測器系統以及信號處理系統；棱鏡分光系統包括三個分光棱鏡；探測器系統包括四個探測器；多光譜濾光片組合系統包括四組濾光片組；

目標光束經過成像物鏡入射，成像物鏡的出射光束被第一分光棱鏡分成第一反射光和第一透射光；第一反射光被第二分光棱鏡分成第二反射光和第二透射光；第一透射光被第三分光棱鏡分成第三反射光和第三透射光；第二透射光經過第一濾光片組中的某一濾光片后到達第一探測器；第二反射光經過第二濾光片組中的某一濾光片后到達第二探測器；第三透射光經過第三濾光片組中的某一濾光片后到達第三探測器；第三反射光經過第四濾光片組中的某一濾光片后到達第四探測器；四個探測器實現四路光譜信號的同時獲取和記錄，并將信號傳輸給信號處理系統，信號處理系統對探測器獲取的信號進行處理和顯示。

進一步的優選方案，所述一種共光路小型化多光譜成像系統，其特征在于：第一分光棱鏡所鍍膜層為0.4～0.6μm高通、0.6～0.8μm高反膜層；第二分光棱鏡所鍍膜層為0.6～0.7μm高通，0.7～0.8μm高反膜層；第三分光棱鏡所鍍膜層為0.4～0.5μm高通，0.5～0.6μm高反膜層。

進一步的優選方案，所述一種共光路小型化多光譜成像系統，其特征在于：多光譜濾光片組合系統包括12個不同中心波長的濾光片，各中心波長分別為482nm、490nm、500nm、532nm、546nm、560nm、650nm、670nm、680nm、710nm、730nm、760nm，其中第一濾光片組中三個濾光片中心波長為650nm、670nm、680nm，第二濾光片組中三個濾光片中心波長為710nm、730nm、760nm，第三濾光片組中三個濾光片中心波長為482nm、490nm、500nm，第四濾光片組中三個濾光片中心波長為532nm、546nm、560nm。

進一步的優選方案，所述一種共光路小型化多光譜成像系統，其特征在于：成像物鏡焦距102mm，后截距110.39mm，F#為5.6，視場4°；成像物鏡在0.4～0.8μm整個波段范圍內，均方根彌散圓在三個視場均小于一個像元，在探測器像元對應的83線對處MTF均大于0.5，三個視場的畸變小于0.01％，所述三個視場為0視場、0.7視場和1視場。