[發(fā)明專利]一種光譜成像系統(tǒng)及光譜成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811533394.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN109556719B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬翠;林慧;余明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 高星

1.一種光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，包括沿著光傳輸方向依次設(shè)置的成像單元、編碼單元、柱面鏡單元、分光單元以及探測(cè)器，其中，

所述成像單元用于將被測(cè)物體發(fā)出的物光成像于所述編碼單元；

所述編碼單元用于對(duì)所述物光進(jìn)行編碼，獲得第一圖像，所述第一圖像包括點(diǎn)陣狀分布的多個(gè)編碼像點(diǎn)，所述編碼單元的編碼方式可調(diào)以獲得多種第一圖像；

所述柱面鏡單元用于將所述第一圖像在第一方向上放大，獲得第二圖像，所述第二圖像包括多個(gè)平行排布的條紋像，每一所述條紋像由在第二方向上坐標(biāo)一致的編碼像點(diǎn)經(jīng)均勻放大后疊加得到，所述第二方向和第一方向垂直，所述條紋像各處光強(qiáng)均勻；

所述分光單元用于對(duì)所述第二圖像在第一方向上分光；

所述探測(cè)器用于探測(cè)第二圖像分光后的光信息，獲得第三圖像，所述第三圖像中，每一波段至少偏移一個(gè)像素；

其中，在第二方向的任一坐標(biāo)下，所述被測(cè)物體和所述第一圖像具有如下關(guān)系：I₁(x)＝I₀(x)·T(x)；

其中，I₀(x)為被測(cè)物體的空間光強(qiáng)，I₁(x)為第一圖像的光強(qiáng)，x＝1,…n,n為x方向像素?cái)?shù)，T(x)為編碼單元的編碼值，不同的編碼方向?qū)?yīng)不同的編碼值，所述編碼單元采用數(shù)字微鏡器件DMD實(shí)現(xiàn)，所述x方向?yàn)樗龅谝环较颍?/p>

所述第二圖像和所述被測(cè)物體具有如下關(guān)系：

其中，T_N(x)表示第N次編碼值,I_2TN表示第N次編碼對(duì)應(yīng)的第二圖像的光強(qiáng)。

2.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜成像系統(tǒng)還包括運(yùn)算單元，與所述探測(cè)器連接，用于根據(jù)所述第三圖像和所述編碼單元的編碼值計(jì)算所述被測(cè)物體的空間信息和光譜信息，獲得物體的光譜圖像。

3.如權(quán)利要求2所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼單元包括陣列排布的編碼模塊，所述編碼模塊可調(diào)節(jié)以控制物光的透過率，形成所述編碼像點(diǎn)，所述編碼值對(duì)應(yīng)所述透過率。

4.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面鏡單元包括同光軸的柱面鏡、凸透鏡和/或凹透鏡，所述柱面鏡包括柱形表面，所述柱形表面在所述第一方向上成弧形，在所述第二方向上呈直線型。

5.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述分光單元包括沿著光傳輸方向依次設(shè)置的第一鏡組、分光光柵和第二鏡組，所述探測(cè)器設(shè)置于所述第二鏡組的輸出方向，所述分光光柵為一維透射光柵或一維反射光柵，分光方向與第一方向一致。

6.如權(quán)利要求1所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜成像系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述柱面鏡單元和分光單元之間的光闌，用于獲取所述第二圖像中光強(qiáng)均勻的部分。

7.如權(quán)利要求2所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器形成的第三圖像包括多條平行的探測(cè)器條紋像，所述探測(cè)器條紋像中，每一波段沿所述第一方向至少偏移一個(gè)像素；

所述運(yùn)算單元包括：

第三圖像處理模塊，用于計(jì)算第三圖像中每個(gè)探測(cè)器條紋像的光強(qiáng)信息；

編碼逆運(yùn)算模塊，用于根據(jù)所述每個(gè)探測(cè)器條紋像的光強(qiáng)信息，結(jié)合編碼單元的編碼值，逆運(yùn)算獲得每一波段的空間信息，進(jìn)而將各波段的空間信息組合后獲得被測(cè)物體的光譜圖像。

8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的光譜成像系統(tǒng)，其特征在于，

所述第三圖像和第二圖像具有如下關(guān)系：

其中，I₂(λ_j)為一個(gè)條紋像中λ_j波段下的光強(qiáng)，j＝1,...M，M為波段數(shù)；

I₃(x)為第三圖像中一個(gè)探測(cè)器條紋像的像素x的光強(qiáng)，1≤x≤n+M-1。