[發明專利]一種光譜成像系統及光譜成像方法

有效

• 申請號: 201811533394.1
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109556719B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 馬翠;林慧;余明
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 高星

本發明適用于成像技術領域，提供了一種光譜成像系統，包括沿光傳輸方向依次設置的成像單元、編碼單元、柱面鏡單元、分光單元及探測器，成像單元用于將物光成像于編碼單元；編碼單元用于對物光進行編碼，獲得第一圖像，第一圖像包括多個編碼像點，編碼方式可調以獲得多種第一圖像；柱面鏡單元用于將第一圖像在第一方向上放大，獲得第二圖像，第二圖像包括多個條紋像，條紋像由在第二方向上坐標一致的編碼像點經均勻放大后疊加得到，其各處光強均勻；分光單元用于對第二圖像在第一方向上分光；探測器用于探測第二圖像分光后的光信息，獲得第三圖像，第三圖像中，每一波段至少偏移一個像素。該系統能夠在簡化光路結構的同時降低計算復雜程度。

技術領域

本發明屬于光譜成像技術領域，特別涉及一種光譜成像系統及光譜成像方法。

背景技術

光譜成像可得到空間信息和光譜信息，可以進行物體外在特征識別，也可用于內部特性分析，廣泛用于遙感環境分析、生物醫學等。光譜成像系統得到的是三維數據立方體，包括二維空間信息和一維光譜信息。可以看作是在二維空間上，得到各個空間點的光譜信息；也可以看作是得到不同波段下的空間圖像。

光譜成像系統分類方法很多，可以根據不同波段、不同分光器件、不同的實現方式劃分。光電探測器只能檢測二維信息，當用光電探測器檢測時，需采用直接掃描方式或間接變換方式得到三維數據。直接掃描方式就是通過點掃、線掃或面掃得到三維數據。如：通過狹縫實現空間信息的點掃或者線掃，通過濾光片輪實現波段的面掃方式。間接變換方式包括干涉式傅里葉光譜成像、編碼變換光譜成像等。

在編碼變換方式中，已有的編碼光譜成像系統有兩種：一種是雙光柵系統，光柵進行分光后又合光，編碼器件位于兩光柵之間，僅對光譜進行編碼，系統增加了合光光路，結構較復雜。另一種是單光柵系統，對空間編碼后進行分光，需對空間和光譜的混合信息進行解碼重建，計算較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光譜成像系統，旨在解決傳統的編碼光譜成像光路結構復雜以及數據計算復雜的技術問題。

本發明是這樣實現的，一種光譜成像系統，包括沿著光傳輸方向依次設置的成像單元、編碼單元、柱面鏡單元、分光單元以及探測器，其中，

所述成像單元用于將被測物體發出的物光成像于所述編碼單元；

所述編碼單元用于對所述物光進行編碼，獲得第一圖像，所述第一圖像包括點陣狀分布的多個編碼像點，所述編碼單元的編碼方式可調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平行排布的條紋像，每一所述條紋像由在第二方向上坐標一致的編碼像點經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均勻；

所述分光單元用于對所述第二圖像在第一方向上分光；

所述探測器用于探測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像素。

進一步地，所述光譜成像系統還包括運算單元，與所述探測器連接，用于根據所述第三圖像和所述編碼單元的編碼值計算所述被測物體的空間信息和光譜信息，獲得物體的光譜圖像。

進一步地，所述編碼單元包括陣列排布的編碼模塊，所述編碼模塊可調節以控制物光的透過率，形成所述編碼像點，所述編碼值對應所述透過率。

進一步地，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。

進一步地，所述分光單元包括沿著光傳輸方向依次設置的第一鏡組、分光光柵和第二鏡組，所述探測器設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。