[發(fā)明專利]一種基于散射效應(yīng)的成像光譜儀及其超光譜成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811396934.6
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109556717B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊濤;黃維;蔣正帥;何浩培
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/12;B22F9/24
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 范丹丹

本發(fā)明揭示了一種基于散射效應(yīng)的成像光譜儀及其超光譜成像方法，該成像光譜儀包括第一準(zhǔn)直器件、散射器件、第二準(zhǔn)直器件、陣列式探測芯片及與陣列式探測芯片連接的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析系統(tǒng)；第一準(zhǔn)直器件使得待測光譜成像區(qū)域內(nèi)各部位所發(fā)出的其中一束光以固定角度入射到散射器件表面的不同部位；散射器件用于令入射到散射器件的光發(fā)生散射效應(yīng)，使得不同頻率相同強(qiáng)度的入射光經(jīng)過散射器件的相同部位后所發(fā)射出的散射光具有不同的散射光強(qiáng)角分布，且相同頻率相同強(qiáng)度的入射光經(jīng)過散射器件的不同部位所發(fā)射出散射光的光強(qiáng)角分布也不同。通過將待測光譜成像區(qū)域分成m個(gè)子單元區(qū)域，可分別利用陣列式探測芯片上不同的像素元區(qū)域?qū)崟r(shí)進(jìn)行成像光譜測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能實(shí)時(shí)獲得空間維和光譜維豐富信息的成像光譜儀及其超光譜成像方法，可用于遙感與成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

成像光譜儀是將成像技術(shù)和光譜技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的一種成像偵察設(shè)備，是照相機(jī)和光譜儀合二為一的產(chǎn)物，在進(jìn)行航空成像偵察時(shí)。它可以在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區(qū)域，獲取許多光譜連續(xù)的目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，為每個(gè)待測光譜成像區(qū)域的子單元區(qū)域提供一條完整而連續(xù)的光譜曲線。因此，利用同一種物質(zhì)在不同的譜段內(nèi)光譜反射率不同，并且在同一譜段不同物質(zhì)的光譜反射率也不相同的性質(zhì)，可以有選擇地在目標(biāo)的某一個(gè)成像波段進(jìn)行偵察和判讀。

成像光譜儀有很多不同的種類，根據(jù)光譜分辨率的不同，成像光譜儀分為多光譜型、高光譜型、超光譜型。多光譜型通常只有幾十個(gè)譜段，光譜分辨率為波長的十分之一數(shù)量級，適用于地帶分類以及土地使用評估。而高光譜型可以有上百個(gè)譜段，光譜分辨率為波長的百分之一數(shù)量級，適用于農(nóng)業(yè)、森林、礦產(chǎn)、海岸地區(qū)分析和軍事領(lǐng)域等。而超光譜型可以有成千上萬個(gè)譜段，光譜分辨率為波長的千分之一數(shù)量級，適用于化學(xué)試劑及物質(zhì)的成分分析。國外的超光譜成像儀大部分采用光柵分光方式實(shí)現(xiàn)光譜分光。但光柵體積較大，成本較高，因此研究適合需要的小型化、低成本、實(shí)時(shí)測量的光譜成像儀器和相關(guān)探測方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出一種能實(shí)時(shí)獲得空間維和光譜維豐富信息的基于散射效應(yīng)的成像光譜儀及其超光譜成像方法。

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：一種基于散射效應(yīng)的成像光譜儀，包括第一準(zhǔn)直器件、散射器件、第二準(zhǔn)直器件、陣列式探測芯片，以及與所述陣列式探測芯片電性連接的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析系統(tǒng)；所述第一準(zhǔn)直器件、散射器件、第二準(zhǔn)直器件、陣列式探測芯片沿光路方向依次設(shè)置；

所述第一準(zhǔn)直器件位于所述散射器件之前，第一準(zhǔn)直器件使得待測光譜成像區(qū)域內(nèi)各部位所發(fā)出的光的其中一束以固定角度入射到散射器件表面的各部位，而將其它光濾除；

所述散射器件用于令入射到散射器件的光發(fā)生散射效應(yīng)，使得不同頻率相同強(qiáng)度的入射光經(jīng)過散射器件的相同部位后所發(fā)射出的散射光具有不同的散射光強(qiáng)角分布，且相同頻率相同強(qiáng)度的入射光經(jīng)過散射器件的不同部位所發(fā)射出散射光的光強(qiáng)角分布也不同；

所述陣列式探測芯片包括一系列具有相同頻譜響應(yīng)的光探測像素元；所述第二準(zhǔn)直器件設(shè)置于所述散射器件和陣列式探測芯片之間，第二準(zhǔn)直器件用于令沿著從散射器件中心到陣列式探測芯片中心連線方向傳輸?shù)墓馔ㄟ^，而將沿其它方向傳輸?shù)墓鉃V除，并且使散射器件的不同部位所發(fā)出的光分別投射在陣列式探測芯片內(nèi)不同位置處的光探測像素元；

所述數(shù)據(jù)計(jì)算與分析系統(tǒng)對光探測像素元探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到待測光譜成像區(qū)域的光譜成像。

優(yōu)選地，所述第一準(zhǔn)直器件包括前置入射光學(xué)組件、第一凸透鏡、第一小孔光闌和第二凸透鏡，待測光譜成像區(qū)域所發(fā)出的光射向所述前置入射光學(xué)組件后出射的其中一束光平行于第一凸透鏡和第二凸透鏡的主光軸，所述第一小孔光闌間隙設(shè)置于第一凸透鏡和第二凸透鏡之間的共同焦點(diǎn)處。

優(yōu)選地，所述第二準(zhǔn)直器件包括第三凸透鏡、第二小孔光闌和第四凸透鏡，所述第二小孔光闌間隙設(shè)置于第三凸透鏡和第四凸透鏡之間的共同焦點(diǎn)處，所述第三凸透鏡和第四凸透鏡的主光軸重合。