[發明專利]一種框幅式單光柵雙路色散高光譜成像系統及方法

在審

• 申請號: 202010487998.8
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN113758564A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 楊忠明;董亞魁;劉兆軍;李永富
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

本發明屬于光譜成像技術領域，特別是涉及高光譜成像系統及方法。一種框幅式單光柵雙路色散高光譜成像系統，包括第一色散單元、第二色散單元、狹縫和面陣相機；所述狹縫位于第一色散單元與第二色散單元的中間位置。所述第一色散單元和第二色散單元共用一個色散元件。本發明基于“色散相減”的框幅式色散高光譜成像機理模型，采用“色散相減”技術實現框幅式色散高光譜成像探測，無需圖像縫合拼接，能夠獲取探測深海場景高空間分辨率和高光譜分辨率的光譜圖像。實現對深海目標場景的直接成像，消除圖像形變，提高圖像信息質量，并保留了高光譜的分辨率。

技術領域

本發明屬于光譜成像技術領域，特別是涉及高光譜成像系統及方法。

背景技術

高光譜成像技術是成像技術與光譜技術的結合，可在獲取目標二維圖像信息的基礎上，同時獲取目標的一維光譜信息，能夠反映出被觀測對象的外形影像以及理化特征，從而達到對目標的探測與識別。通過圖形圖像信息和光譜“指紋”效應，可以進行物質識別和成分分析，逐漸成為航空航天遙感、地礦探測、天文觀測等領域的熱門“工具”。

隨著水下高光譜成像技術的出現與發展，對高光譜成像系統的光譜分辨率、圖像質量、性價比和操作便利性提出了新的要求。現有色散高光譜成像技術由于采用前置狹縫，空間分割探測的手段，無法對水下目標場景進行實時光譜成像，需要額外的輔助對準和對焦設備，且縫合拼接的光譜圖像易產生圖像變形和條帶噪聲，導致圖像信息不夠精細，空間分辨率不足。采用調制濾光原理的高光譜成像技術雖然能夠對水下目標進行直接成像，實時觀測，但是光譜分辨率越高，調制系統越復雜，且光能利用率不高。干涉高光譜成像技術由于海水的光譜吸收特性，不適用于深海環境；且系統成本高，對工作環境要求高，光譜重構算法復雜。

發明內容

本發明基于“色散相減”的框幅式色散高光譜成像技術，實現對深海目標場景的實時觀測以及圖像信息的直接獲取，在保留色散高光譜成像儀光譜分辨率高、成本低、穩定性好的優勢條件下，提高光譜圖像的質量和空間分辨率，為深海目標探測高光譜成像提供一種新的技術方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：一種框幅式單光柵雙路色散高光譜成像系統，包括第一色散單元、第二色散單元、狹縫和面陣相機；所述狹縫位于第一色散單元與第二色散單元的中間位置。

作為本發明的一種優選方式，所述的第一色散單元包括第一反射物鏡、第一成像物鏡，所述第二色散單元包括第二反射物鏡、第二成像物鏡；所述第一色散單元和第二色散單元共用一個色散元件。

作為本發明的一種優選方式，目標場景位于第一反射物鏡的前焦面；狹縫位于第一成像物鏡的后焦面，也是第二反射物鏡的前焦面；面陣相機位于第一反射物鏡的后焦面。

進一步優選地，所述的色散元件為凸面光柵。

進一步優選地，所述的第一反射物鏡和第二反射物鏡為參數相同的準直透鏡。

進一步優選地，所述的第一成像物鏡和第二成像物鏡為參數相同的平面反射鏡。

本發明還提供一種框幅式單光柵雙路色散高光譜成像方法，包括：目標場景經過第一色散單元的調制后，在狹縫位置形成一個空間-光譜混疊分布的圖像，狹縫對空間-光譜混疊圖像進行光譜濾波后，經過第二色散單元解調后，最終在面陣相機上獲取經過空間光譜濾波的目標場景圖像。

進一步優選地，目標場景入射系統后，經過第一反射物鏡、色散元件、第二反射物鏡和第一成像物鏡作用后，成像在狹縫所在平面，經過中間狹縫的光譜濾波作用后，再經第二成像物鏡、第二反射物鏡、色散元件、第一反射物鏡，最后在面陣相機上獲得空間濾波的圖像。