一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，包括：依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离不小于预定数值。通过采用本发明公开的多光谱成像仪，能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
【专利说明】一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱成像仪【技术领域】，尤其涉及一种基于二次成像的线性渐变滤光片 型多光谱成像仪。
【背景技术】
[0002] 光谱成像技术因能够同时获得目标的空间图像和光谱信息，被广泛应用于资源勘 探、环境和灾害监测、刑事物证鉴定等各种领域。根据分光方式的不同，光谱成像技术可划 分为棱镜分光型、滤光片分光型、光栅分光型和干涉型。棱镜和光栅色散型光谱成像仪出现 较早，技术也最为成熟，绝大多数的光谱成像仪均采用此类分光技术。干涉型光谱成像探测 技术是在光路中加入了干涉仪，如迈克尔逊干涉仪或Sagnac (萨格纳克）干涉仪，通过干涉 采样结果与光谱特性之间的傅立叶变换关系推算光谱信息。棱镜、光栅色散型光谱成像探 测和干涉型光谱成像探测系统的分光器件占用了系统很大一部分空间，无法做到轻量化和 小型化，同时大体积色散元件的存在也降低了系统的稳定性。而滤光片分光型的光谱探测 系统则能够很好地克服以上三种光谱成像探测系统的缺点。
[0003] 以滤光片为基础的光谱成像仪是使用光学带通滤光片将来自场景光谱的一个窄 波段透射到单个探测器或者整个焦平面探测器阵列上。这种光谱成像仪结构简单，实现容 易。该类型的光谱成像仪中分光元件主要有旋转滤光片轮、液晶可调谐滤光片和渐变滤光 片等。1)旋转滤光片轮工作时需要转动，对同一目标需要拍照若干次才能获得完整的数据 立方体；2)液晶可调谐滤光片是利用液晶单元调谐通光主波长，再通过对同一目标进行若 干次拍照实现完整数据立方体的获得。但是，上述两种光谱成像探测方案属于时间调制型 探测方案，通过对同一目标的多次成像获得完整的光谱信息，因此不适用于目标信息变化 较快的探测场合。
[0004] 采用线性渐变滤光片作为分光器件的光谱成像探测技术属于时空联合调制型方 案，这种光谱成像探测技术适用与机载推扫平台、流水线产品质量检测等领域。
[0005] 目前已有的线性渐变滤光片光谱成像仪均是采用将滤光片与探测器直接耦合的 方式实现分光和探测的过程。但是，其不足之处在于，滤光片与探测器之间的距离对光谱分 辨率有很大的影响，光谱混叠现象非常严重；此外，光线容易在滤光片和探测器之间产生干 涉现象，同时也会造成鬼像的产生。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，能够 完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，包括：
[0009] 依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；
[0010] 所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成 像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割 后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；
[0011] 其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的 距离不小于预定数值。
[0012] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将线性渐变滤光片与前置成像系统 的一次像面重合，再利用Offner中继成像系统将一次像面成像到探测器的靶面位置，从而 能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0014] 图1为本发明实施例提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像 仪的光线传播示意图；
[0015] 图2为本发明实施例提供的前置成像系统的原理示意图；
[0016] 图3为本发明实施例提供的前置成像系统的全色点列图；
[0017]图4为本发明实施例提供的前置成像系统全色MTF曲线图。
[0018] 图5为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的原理示意图；
[0019] 图6为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的全色点列图；
[0020] 图7为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的全色MTF曲线图；
[0021] 图8为本发明实施例所提供一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像 仪的各波长点列图；
[0022] 图9为本发明实施例所提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成 像仪各波长MTF曲线图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0024] 本发明实施例采用线性可变滤光片，即在玻璃基底上镀线性渐变滤光膜，放置于 一次像面处，再利用Offner中继系统将一次像面成像到面阵探测器的靶面位置，探测器的 每一行探测像元接收与滤光片透过滤长对应的光谱带的能量，则整个面阵探测器对应若干 光谱带，每次拍照获得某一区域目标的二维空间信息和某一特定光谱带的光谱信息。通过 飞机平台飞行实现在空间维的推扫，相当于在光谱维进行推扫，从而获得目标的完整数据 立方体。其基础的Offner中继系统作为一个完全由球面反射镜组成的单位放大率同心光 学系统，具有优良的像差校正能力，能实现较大的狭缝线视场，同时具有结构简单紧凑、光 学加工相对容易的特点。同时相对于透射式的中继成像物镜系统，Offner整体系统光学元 件极少，能量利用率大大提高。
[0025] 实施例
[0026] 图1为本发明实施例提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像 仪的结构示意图。如图1所示，该多光谱成像仪主要包括：
[0027] 依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；
[0028] 所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成 像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割 后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；
[0029] 其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的 距离不小于预定数值（可根据实际情况或者经验来设定），以便有利于消除杂光和鬼像。
[0030] 进一步的，所述探测器（例如，面阵探测器）的每一行探测像元接收经所述线性渐 变滤光片光谱分割之后的特定谱带能量，整个探测器对应空间目标和若干光谱通带；通过 平台推扫或探测目标的运动，来获得场景的完整数据立方体。
[0031] 其中，图1的附图标记中1-4分别表示：前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner 中继成像系统及探测器。
[0032] 示例性的，本发明实施例中，所述线性渐变滤光片的光谱分光范围可以是 620-1000nm，线性渐变滤光片玻璃基底厚度可以为1. 1_，光谱维长度可以为13. 8_。面阵 探测器像元大小可以为5. 5 μ mX 5. 5 μ m，奈奎斯特频率可以为91 lp/mm。
[0033] 所述前置成像系统视场角可以为15. 74度，相对孔径可以为1/4,焦距可以为 50_，可采用改进型双高斯结构，该结构是一个全投射式的像方远心光学系统，能够有效矫 正球差、像散、色差等在内的七种像差。所述Offner中继成像系统为一个1 :1的Offner中 继成像系统，作为一个完全由球面反射镜组成的单位放大率同心光学系统，具有结构简单 紧凑、光学加工相对容易、自动校正三阶像差的特点。由于Offner中继成像系统是一个非 轴对称系统，设计时需要考察多个线视场的像质；为实现光瞳匹配，该中继系统是一个物方 远心系统，数值孔径为0. 125。
[0034] 具体来说，所述前置成像系统与Offner中继成像系统参数分配如表1所示：
[0035]
【权利要求】
1. 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，其特征在于，包括： 依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、offner中继成像系统及探测器； 所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系 统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的 一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息； 其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离 不小于预定数值。
2. 根据权利要求1所述的多光谱成像仪，其特征在于， 所述探测器的每一行探测像元接收经所述线性渐变滤光片光谱分割之后的特定谱带 能量； 通过推扫平台或探测目标的运动，来获得场景的完整数据立方体。
【文档编号】G01J3/02GK104155000SQ201410415614
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】柳青, 方煜, 张桂峰, 李杨, 周锦松, 林心龙 申请人:中国科学院光电研究院