[發明專利]一種基于陷波濾光片的光譜成像系統及成像方法

有效

• 申請號: 201911003521.1
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110702229B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 黃華;張茂清;王立志
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：包括物鏡(101)、準直鏡(102)、截止濾光裝置(103)、陷波濾光片陣列(104)、透鏡陣列(105)、探測器(106)；所述截止濾光裝置(103)用于將接收到的光信號濾波到預先設定的波段范圍之內，所述截止濾光裝置(103)主要由短波通截止濾光片和長短波通截止濾光片組成；所述陷波濾光片陣列(104)用于阻擋中心波長譜帶的光信號，透過其他譜帶的光信號，從而實現對光信號的調制，所述陷波濾光片陣列(104)包括陷波濾光片機械夾持器件(201)和多個陷波濾光片(202)，所述陷波濾光片機械夾持器件(201)上加工有固定多個陷波濾光片的安裝孔，還加工有與陷波濾光片形狀相同的透光孔，所述的陷波濾光片的安裝孔和透光孔呈陣列排布；所述透鏡陣列(105)用于對陷波濾光片調制的光成陷波子圖像，以及對從陷波濾光片機械夾持器件(201)上的透光孔出射的光成參考子圖像，所述透鏡陣列(105)包括透鏡機械夾持器件(301)和多個透鏡(302)，所述透鏡機械夾持器件(301)加工有呈陣列排布的多個透鏡安裝孔；所述透鏡機械夾持器件(301)中多個透鏡安裝孔位置與所述的陷波濾光片機械夾持器件(201)中安裝孔和透光孔位置一一對應；

按照光線出射方向，入射光依次經過物鏡(101)、準直鏡(102)、截止濾光裝置(103)、陷波濾光片陣列(104)、透鏡陣列(105)，最終被探測器(106)采集；所述物鏡(101)用于將入射光聚焦到準直鏡(102)的前焦面上，所述準直鏡(102)用于將接收到的光進行光束準直；準直后的光入射到截止濾光裝置(103)中，所述截止濾光裝置(103)用于將接收到的光信號濾波到預先設定的波段范圍之內；所述陷波濾光片陣列(104)分別阻擋中心波長譜帶的光信號，透過其他譜帶的光信號，從而實現對光信號的調制；透鏡陣列(105)分別對陷波濾光片調制的光成陷波子圖像，以及對透過陷波濾光片陣列(104)上透光孔的光成參考子圖像；所述探測器(106)用于接收從透鏡陣列出射的光，并將其轉化為圖像數字信號，所述圖像數字信號輸出給圖像處理模塊，通過圖像處理模塊進行圖像處理實現高光通量的光譜成像。

2.如權利要求1所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：通過圖像處理模塊進行圖像處理實現高光通量的光譜成像，實現方法為，將觀測圖像進行均勻性校正并從中定位、裁剪出參考子圖像和陷波子圖像，將參考子圖像與每個陷波子圖像作差，分別得到與所述陷波子圖像中心波長對應的差值圖像，即分別等效為所述中心波長的光譜圖像。

3.如權利要求1或2所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：所述的陷波濾光片(202)的安裝孔和透光孔呈正六邊形陣列排布，在正六邊形陣列中心和正六邊形頂點布設陷波濾光片安裝孔和透光孔。

4.如權利要求3所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：所述安裝孔和透光孔為圓形。

5.如權利要求4所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：所述透鏡機械夾持器件(301)加工有呈正六邊形陣列排布的多個透鏡安裝孔；在正六邊形陣列中心和正六邊形頂點布設透鏡安裝孔。

6.如權利要求5所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統，其特征在于：所述透鏡安裝孔為圓形。

7.一種基于陷波濾光片的光譜成像系統的工作方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：按照如權利要求4或5或6所述的一種基于陷波濾光片的光譜成像系統搭建硬件系統，并利用所述光譜成像系統采集場景的光譜圖像信息；在光譜成像系統中通過所述截止濾光裝置將光波長限定在預設的光譜波段內，再通過陷波濾光片進一步對光信號進行調制編碼得到陷波子圖像，同時得到未經陷波濾光片調制的參考子圖像；

步驟二：使用所述的光譜成像系統觀測均勻白板，對所得圖像進行歸一化得到漸暈校正矩陣，而后利用漸暈校正矩陣對步驟一采集的圖像進行漸暈校正；

步驟三：確定子圖像的位置和尺寸，從步驟二中得到漸暈校正的圖像中裁剪出參考子圖像和陷波子圖像，并進行圖像對齊；在光譜成像系統位置固定的情況下，裁剪位置和變換矩陣一經標定，即視為已知常量，后續采集時無需反復求解；

步驟四：將步驟三得到的參考子分別與陷波圖像作差，分別得到單個陷波子圖像對應中心波長的差值圖像，即分別等效為所述中心波長的光譜圖像，至此，實現高光通量的光譜成像。