[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙色散多光譜目標(biāo)模擬器及模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210243974.7
• 申請(qǐng)日: 2022-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114674435A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)強(qiáng)強(qiáng);李蕓;胡炳樑;李海巍;周安安
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01J3/28
• 分類(lèi)號(hào): G01J3/28;G01J3/02;G01J3/10;G01J3/16;G01J3/18
• 代理公司: 西安智邦專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 趙逸宸

本發(fā)明涉及一種雙色散多光譜目標(biāo)模擬器及基于該模擬器的模擬方法。現(xiàn)有技術(shù)中存在的采用積分球勻光則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的能量損失較大，影響系統(tǒng)綜合性能，光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和設(shè)計(jì)難度較大，增加研制成本的問(wèn)題。本發(fā)明提出一種新型多光譜目標(biāo)模擬器，包括光源模塊，以及沿光源模塊出射光路依次設(shè)置的準(zhǔn)直鏡、第一色散元件、第一成像鏡、第一空間光調(diào)制器、第二成像鏡、第二色散元件、第二空間光調(diào)制器、投射鏡頭和接收器。該技術(shù)簡(jiǎn)化了高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器的光機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。基于該模擬器，還提出了模擬器的模擬方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種目標(biāo)模擬器，具體涉及一種雙色散多光譜目標(biāo)模擬器及基于該模擬器的模擬方法。

背景技術(shù)

新型高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器通過(guò)借鑒數(shù)學(xué)上的矩陣向量空間分解的原理，通過(guò)將原始信號(hào)進(jìn)行降維分解，獲得三維信號(hào)的主分量，在通過(guò)分解過(guò)程中獲的因子系數(shù)，對(duì)三維信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)信號(hào)相比原始信號(hào)存在一定的損失量，即信號(hào)分解和重構(gòu)的精度，這一精度受三維信號(hào)中獨(dú)立分量的復(fù)雜程度和相關(guān)程度的影響。將這一過(guò)程和新型目標(biāo)模擬器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器。

新型高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的物理投射，其系統(tǒng)細(xì)分為三部分，分別為：光譜調(diào)制模塊、勻光模塊和投射模塊。其中光譜調(diào)制模塊由光源、狹縫、準(zhǔn)直鏡、光柵和空間光調(diào)制器和匯聚鏡組成，勻光模塊通常由勻光棒、照明光路或者積分球等實(shí)現(xiàn)，投射模塊包括了一組成像鏡、空間光調(diào)制器和投射鏡頭。

此類(lèi)新型高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器的實(shí)現(xiàn)方法如下所示：

(1)數(shù)學(xué)原理：記L為多光譜目標(biāo)模擬器的輸入光譜數(shù)據(jù)立方體，光譜譜段數(shù)為s，對(duì)光譜數(shù)據(jù)立方體進(jìn)行數(shù)學(xué)操作，分離得到被目標(biāo)模擬器投射的場(chǎng)景的端元光譜信息和對(duì)應(yīng)各個(gè)空間位置的豐度信息。

L≈A·M

M和A表示如下：

其中端元信息是通過(guò)原始輸入信號(hào)分解產(chǎn)生的低維度矩陣M，包含多端元光譜信息，其中m_l表示1×s維向量，而分解的豐度信息則通過(guò)向量的集合A表示，其中a_i表示空間i坐標(biāo)下分解得到的分度信息，為1×p維向量。

(2)物理實(shí)現(xiàn)：將分解的A和M通過(guò)光學(xué)手段表達(dá)為物理信號(hào)，首先是端元光譜信號(hào)的構(gòu)建，通過(guò)基于輻射光源、空間光調(diào)制器件和色散元件的結(jié)合光路，形成可以調(diào)制任意輸出光譜的端元光譜調(diào)制模塊。即通過(guò)端元調(diào)制模塊，通過(guò)p次調(diào)制，獲得調(diào)制后端元光譜的空間矩陣隨后，通過(guò)勻光光路保證全視場(chǎng)范圍內(nèi)的端元光譜一致性，繼而通過(guò)第二塊DMD的8位調(diào)制方式，和第一塊DMD同步變換，并根據(jù)提前加載A的獲得經(jīng)過(guò)二值化調(diào)制以及豐度調(diào)節(jié)后的光譜數(shù)據(jù)該調(diào)制方法，可以保證在導(dǎo)引頭相機(jī)曝光一次的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)全部端元和對(duì)應(yīng)豐度信息的投射，即可獲取整個(gè)數(shù)據(jù)立方體的輻射信號(hào)

上述高動(dòng)態(tài)多光譜目標(biāo)模擬器的設(shè)計(jì)方案中，由于場(chǎng)景投射過(guò)程需要保證端元光場(chǎng)的均勻性，因此在光譜調(diào)制模塊和投射模塊之間需要有勻光模塊的存在。但這種設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：

第一，通過(guò)第一塊數(shù)字空間光調(diào)制器的光譜信號(hào)各個(gè)波長(zhǎng)的傳播角度不同，因此經(jīng)過(guò)匯聚鏡后會(huì)形成一條線，而通常勻光棒和照明光源僅對(duì)點(diǎn)光源有效，而采用積分球勻光則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的能量損失較大，影響系統(tǒng)綜合性能；

第二，在系統(tǒng)中匹配勻光模塊，增加了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和設(shè)計(jì)難度，也增加了系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)的難度，增加研制成本；

第三，勻光模塊必然導(dǎo)致系統(tǒng)的透過(guò)率出現(xiàn)較大程度的下降，需要更高溫度或更大功率的光源，對(duì)系統(tǒng)的環(huán)境保障等提出更高的要求，增加研制成本。

發(fā)明內(nèi)容