[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)光學(xué)的光譜成像裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611119609.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106556461B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯媛媛;張雨東;魏凱;范真濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01J3/02
• 分類號(hào): G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及天文光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種基于自適應(yīng)光學(xué)的光譜成像裝置。

背景技術(shù)

光譜成像技術(shù)結(jié)合了成像技術(shù)與光譜技術(shù)，在獲得物體二維空間特征成像的同時(shí)，也獲得被測(cè)物體的光譜信息，即可同時(shí)獲取空間和光譜信息，生成三維數(shù)據(jù)立方。它的特點(diǎn)是每個(gè)圖像像元都可以提取一條光譜曲線，并且具有空間可識(shí)別性。由于同時(shí)具有成像和光譜測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，既可完成光譜技術(shù)的定性、定量分析，又可以進(jìn)行形態(tài)特征獲取和空間定位，是目前天文研究、空間探測(cè)、地物遙感、大氣遙測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

一般情況下，二維焦平面探測(cè)器一次曝光只能獲取二維信息。要獲得目標(biāo)的圖像和光譜信息，必須經(jīng)歷某種形式的機(jī)械掃描或者電調(diào)諧掃描過程。目前大多數(shù)光譜成像系統(tǒng)采用的是掃描成像原理，主要有擺掃型、推掃型和凝視型。而不管哪種掃描方式，都是分時(shí)完成，無法對(duì)快速變化的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光譜和圖像信息的獲取。此外，在對(duì)天文目標(biāo)進(jìn)行光譜成像探測(cè)時(shí)，光譜成像裝置會(huì)嚴(yán)重受到大氣擾動(dòng)的影響，表現(xiàn)在：1)大氣擾動(dòng)會(huì)使望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)到的目標(biāo)像不斷抖動(dòng)，無法進(jìn)行穩(wěn)定的觀測(cè)；2)大氣擾動(dòng)不斷改變成像光斑的形狀，這使得目標(biāo)的形態(tài)分辨不清，也降低了空間定位的精度；3)大氣擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)能量的彌散，降低觀測(cè)系統(tǒng)的能量收集效率；4)大氣擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光譜成像裝置的光譜展寬和譜線位移等問題，嚴(yán)重影響天文觀測(cè)測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此，迫切需要一種光譜成像裝置，能夠克服分時(shí)掃描式光譜成像系統(tǒng)的問題，快速獲取目標(biāo)的光譜和成像信息；同時(shí)，可克服大氣湍流的干擾，適用于天文觀測(cè)，尤其適合對(duì)空間目標(biāo)的探測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)的光譜成像方法普遍通過分時(shí)掃描獲取完整的成像-光譜三維信息，受大氣擾動(dòng)的影響更加嚴(yán)重，無法適用于快速變化的目標(biāo)。同時(shí)，大氣擾動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)天文目標(biāo)和空間目標(biāo)光譜成像觀測(cè)性能，它會(huì)引起觀測(cè)時(shí)圖像的抖動(dòng)和閃爍，以及能量分布的彌散，需加以克服。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于自適應(yīng)光學(xué)的光譜成像裝置，該裝置包括：準(zhǔn)直器1、傾斜鏡2、波前校正器DM3、二向色分光鏡4、波前探測(cè)器5、波前控制器6、成像系統(tǒng)7、望遠(yuǎn)鏡一次像面8、中繼光學(xué)系統(tǒng)9、望遠(yuǎn)鏡二次像面10、圖像切分器11、狹縫12、準(zhǔn)直鏡13、光柵14、成像鏡15、探測(cè)器16和數(shù)據(jù)處理及控制計(jì)算機(jī)17組成；其中：

望遠(yuǎn)鏡對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像后，經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為平行光后入射至高速傾斜鏡，用于實(shí)時(shí)校正大氣湍流造成的波前整體傾斜。經(jīng)高速傾斜鏡后光束反射至波前校正器DM，用于實(shí)施校正高階大氣湍流像差引起的波前畸變。經(jīng)波前校正器DM反射后的光束被二向色分光鏡分為反射光和透射光，透射的部分進(jìn)入波前探測(cè)器，反射的部分進(jìn)入成像系統(tǒng)。其中，波前探測(cè)器能對(duì)不斷變化的波前畸變進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，并對(duì)波前畸變中的不同類型像差進(jìn)行分離，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和控制計(jì)算機(jī)處理后，得到控制波前校正器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別用于控制高速傾斜鏡和波前校正器DM。成像系統(tǒng)對(duì)經(jīng)自適應(yīng)像差校正后的光束進(jìn)行成像，校正后的光束成像在望遠(yuǎn)鏡焦平面處，即一次像面，同時(shí)獲得目標(biāo)經(jīng)自適應(yīng)光學(xué)校正后的清晰圖像。中繼光學(xué)系統(tǒng)對(duì)一次像面處的目標(biāo)圖像進(jìn)行放大或者縮小，以匹配所需的空間采樣，并再次成像，即產(chǎn)生二次像面。圖像切分器放置在二次像面，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行分割采樣，并將采樣后的圖像由二維轉(zhuǎn)換為一維，呈線型依次排列在光譜測(cè)量裝置的狹縫上。通過狹縫后光束被準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光，入射到光柵，經(jīng)光柵色散分光后的光束由成像鏡會(huì)聚于探測(cè)器的焦面處，再把數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理及控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同工作。最后通過數(shù)據(jù)處理方法重建圖像和光譜信息。

其中，上述的圖像切分器的輸入端位于經(jīng)自適應(yīng)像差校正后望遠(yuǎn)鏡的二次像面上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)圖像的分割、耦合與采樣。

其中，上述的圖像切分器輸入端的圖像被采樣后傳輸?shù)捷敵龆?，輸入端和輸出端的采樣單元一一?duì)應(yīng)。圖像切分器輸入端為二維排列，輸出端為一維線性排列，用來將二維像面轉(zhuǎn)換為一維后，進(jìn)行色散分光。