[發明專利]一種芯片級星載高光譜成像探測器及其光譜成像方法

在審

• 申請號: 202011252272.2
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112345074A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李克武;王爽;王志斌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/28
• 代理公司: 太原榮信德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14119
• 代理人: 楊凱;連慧敏

本發明屬于光譜成像遙感分析技術領域，具體涉及一種芯片級星載高光譜成像探測器及其光譜成像方法，包括探測器轉接環、光譜透過率偽隨機操控超構表面和面陣列探測器，所述光譜透過率偽隨機操控超構表面包括基底、介質堆疊層，所述介質堆疊層設置在基底上，所述光譜透過率偽隨機操控超構表面的基底通過探測器轉接環固定在面陣列探測器的像元上面。本發明進一步提高光譜分辨率和空間分辨率，同時兼顧高通量和多光譜探測通道數，最終實現輕量化、集成化的遙感光譜成像探測裝置設計，實現高光譜分辨、高空間分辨、高靈敏度和穩定精確的光譜成像探測。本發明用于對光譜成像的探測。

技術領域

本發明屬于光譜成像遙感分析技術領域，具體涉及一種芯片級星載高光譜成像探測器及其光譜成像方法。

背景技術

光譜信息具有指紋特性，遙感光譜分析技術是基于電磁輻射與物質相互作用產生的波長與反射強度的目標光譜特征。光譜特征提取能夠直接反映目標光譜吸收和反射特征，在確定的特征光譜位置，能夠準確地計算出反射率、光譜吸收指數等指標，對特定目標的光譜特性予以精確、全面的定量分析，在光學遙感的圖像信息基礎上，進一步獲得高光譜信息，進而實現對目標的圖像信息、光譜信息等數據立方體進行獲取，進行遙感反演、目標識別和物質分類。光譜成像技術具有光譜分辨率高、識別能力強等優點，是航天遙感領域的研究熱點，目前，國際上航天遙感成像載荷在白天光照條件下，全色成像已經能夠實現亞米級空間分辨率；光譜遙感成像載荷在白天已經能夠實現數十米空間分辨和數納米的光譜分辨成像。然而，面對復雜夜間環境，微弱光照條件下目標輻射亮度低，使得航天遙感光學成像載荷無法實現微弱光照成像和地物目標識別；此外在復雜光照背景下，正照射和背照條件下對目標的大動態、高靈敏成像存在困難，制約遙感光譜成像技術向全天時、全天候和全空域覆蓋目標方向發展。

目前，常用的遙感光譜成像技術有濾光型、分光型和干涉型等，濾光型遙感光譜成像在成像光學系統和探測器之間插入濾光片，光譜分辨率高、空間分辨率高、成本低、成像系統工作穩定，但能夠測量的光譜通道數有限；分光型遙感光譜成像在成像光學系統和探測器之間引入棱鏡、光柵等分光元件，優點是環境溫度、濕度和振動對光譜測量影響小，但缺點是引入狹縫，光通量小，靈敏度低；干涉型遙感光譜成像一般是將光學系統收集的光經Sagnac三角共光路干涉具進行空間干涉后在探測器焦平面上獲得帶有干涉的空降圖像，然后進一步獲得目標的圖像、光譜信息數據立方體，該光譜成像技術結構簡單緊湊、抗震性能好，但缺點是光通量有限，光程差較小，光譜分辨率低。對比分析常用的遙感光譜成像技術，分光型和干涉型遙感光譜成像需要在光學成像系統和探測器之間插入分光元件和干涉元件，導致光通量降低，同時會造成成像質量退化、空間分辨率降低，不適用于夜間微弱光照成像探測和高空間分辨光譜成像探測的應用要求。而濾光型遙感光譜成像僅在成像系統之間插入濾光片，在實現高光譜分辨率成像的同時能夠實高空間分辨率成像。為了進一步提高穩定性和可靠性，解決濾光片帶外雜散光的影響，中國科學院西安光學精密機械研究所和中國科學院長春光學精密機械與物理研究所提出了像素級濾光片陣列型光譜成像芯片設計(參考“多條帶微窄帶濾光片陣列光譜成像芯片及其實現方法:CN201910577015.7”，“多通道濾光片、高光譜掃描型探測器及其制備方法:CN201911232077.0”)，然而像素級、多通道濾光片的光譜成像芯片仍然無法解決光譜測量通道數有限，光通量有限，探測靈敏度低等技術瓶頸。

發明內容

針對上述現有的光譜成像芯片光譜測量通道數有限、光通量有限、探測靈敏度低技術問題，本發明提供了一種高光譜分辨、高空間分辨、高靈敏度、穩定精確的芯片級星載高光譜成像探測器及其光譜成像方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：