[發(fā)明專利]一種基于S矩陣狹縫陣列的短波紅外高光譜視頻成像系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010625006.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN111693144A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春來;唐國良;劉世界;徐睿;陳厚瑞;謝佳楠;徐艷;吳兵;王建宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/04
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種基于S矩陣狹縫陣列的高光譜視頻成像系統(tǒng)，系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、S矩陣狹縫陣列、視場光闌、高精度電控位移臺(tái)、光譜儀組件以及數(shù)據(jù)處理模塊。將S矩陣狹縫陣列固定在高精度電控位移臺(tái)，放置于望遠(yuǎn)鏡的一次焦面；視場光闌放置在S矩陣狹縫陣列后方，高精度電控位移臺(tái)平移帶動(dòng)S矩陣狹縫陣列實(shí)現(xiàn)變換編碼，并產(chǎn)生信號(hào)觸發(fā)同步曝光，通過數(shù)據(jù)處理模塊重建三維高光譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明在現(xiàn)有單狹縫色散型高光譜成像基礎(chǔ)上，使用S矩陣狹縫陣列代替單狹縫，提高系統(tǒng)光通量，解決了積分時(shí)間與幀頻相互制約的問題，實(shí)現(xiàn)視頻成像效果，可用于對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)高靈敏度探測。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明公開了一種基于S矩陣狹縫陣列的高光譜視頻成像系統(tǒng)。作為高光譜計(jì)算成像的一個(gè)典型應(yīng)用，本方案通過使用S矩陣狹縫陣列代替單狹縫，提高系統(tǒng)光通量，解決了高速曝光情況下積分時(shí)間不足的問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速三維成像，適用于對(duì)成像實(shí)時(shí)性有要求較高要求的使用場景。

背景技術(shù)：

高光譜成像技術(shù)在地質(zhì)資源勘探、大氣環(huán)境保護(hù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域有著巨大的使用價(jià)值。在航空航天高光譜成像領(lǐng)域其成像體制一般分搖掃式、推掃式和凝視型三種，目前基于推掃成像體制的色散型高光譜成像是較為主流的技術(shù)方案。這種技術(shù)由二維面陣探測器和一維平臺(tái)移動(dòng)共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)三維圖譜信息的獲取，二維面陣探測器單次曝光獲取目標(biāo)場景空間一維(線視場)和光譜一維的二維信息，空間另外一維信息則通過飛機(jī)或者衛(wèi)星的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致光譜成像時(shí)間過長，成像效率低。快照式光譜成像借助于新型光學(xué)器件或計(jì)算光學(xué)成像方式，通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域的一次或快速曝光成像，重構(gòu)或恢復(fù)目標(biāo)的數(shù)據(jù)立方體，極大提高了光譜成像的時(shí)效，通過多次快速曝光成像，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的“光譜視頻成像”，拓展了高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用場景，在環(huán)境監(jiān)測、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、空間目標(biāo)觀測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

在定量化應(yīng)用領(lǐng)域，高光譜遙感成像要保證信息不丟失，快照式高光譜成像應(yīng)建立在信息不丟失的基礎(chǔ)上?；诖耍魧?shí)現(xiàn)對(duì)觀測目標(biāo)的快速光譜成像，一個(gè)有效的方法就是提高成像幀頻。在對(duì)地觀測中，短波紅外光譜能量弱(相比較可見光650nm附近能量，波長大于2000nm的短波波段光譜能量比其降低約十倍)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需要增加積分時(shí)間以獲得足夠的信噪比。快照式高光譜成像系統(tǒng)中需要很高的幀頻，但是幀頻與積分時(shí)間是相互制約的，這就意味著每一幀的積分時(shí)間不能無限的增加。本發(fā)明所述基于S矩陣的陣列狹縫光譜成像系統(tǒng)能有效提高光通量，在保證信噪比相同的成像效果的前提下，所需積分時(shí)間大大減小，從而滿足快照式視頻光譜成像高幀頻的要求。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種基于S矩陣狹縫陣列的視頻高光譜成像系統(tǒng)，利用S矩陣陣列狹縫2實(shí)現(xiàn)多路線視場同時(shí)曝光，在光譜儀組件5的探測器上獲得多路線視場光譜疊加的信號(hào)和，由此增大光信號(hào)的能量值，可在較小的積分時(shí)間下獲得較高信噪比，有利于提高幀頻實(shí)現(xiàn)視頻光譜成像。

本發(fā)明所描述的是一種高光通量、高靈敏度的高光譜成像系統(tǒng)，系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡1、S矩陣狹縫陣列2、視場光闌3、高精度電控位移臺(tái)4、光譜儀組件 5以及數(shù)據(jù)處理模塊6。將S矩陣狹縫陣列2放置在望遠(yuǎn)鏡1的后焦面上，調(diào)整S矩陣狹縫陣列2的位置以保證其與望遠(yuǎn)鏡1焦面處于同一位置、S矩陣狹縫陣列2中的狹縫與光譜儀的色散方向嚴(yán)格垂直。S矩陣狹縫陣列2固定在高精度電控位移臺(tái)4上，并保證其平移方向與色散方向嚴(yán)格一致。探測器獲取空間、光譜混疊數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊6進(jìn)行解碼，恢復(fù)原始光場空譜三維數(shù)據(jù)。