专利名称：二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，该装置可同时获取目标的图像数据和光谱数据，应用于遥感科学、农业普查、地理信息获取等领域，实现对目标的形貌及特性的识别与分析，属于光学遥感成像技术领域。
背景技术：
遥感技术主要应用于地理调查、资源动态监测、农业生产情况普查等，包括目标信息的获取，遥感图像处理、目标特性的解析等内容。超光谱成像系统是人类观测世界、认识世界的一种重要手段，传统的超光谱成像系统是依靠机械调谐技术对目标进行扫描的，其结构复杂、体积庞大、制约了超光谱成像技术的快速发展和广泛应用。二次滤波声光可调超光谱成像技术则解决了这一技术难题。本发明之二次声光可调滤波超光谱成像装置是由光源、成像部分、二次声光可调滤波部分、BCCD和PC控制部分构成。其光源是以太阳光作为普通光源，在取光方面较为方便。成像光学部分是由三片无中心遮拦前置望远镜组成，该成像系统的望远系统能将远处光能量汇聚，再由远心光路将汇聚的光束以准平行方向入射到二次声光可调滤波部分上。利用两个AOTF作为二次声光可调滤波部件，光源照射待测目标的反射光束入射到 AOTF1,由AOTF1分光，其+1级衍射光束进入到AOTF2作为它的入射光，经过AOTF2再次分光， 其AOTF2的+1级衍射光的光束最终入射到BCCD中，从而达到更高的分辨率，再利用BCCD来获得目标的图像信息。基于二次滤波器件的光谱成像部分可根据应用要求改变其计算机对其输入的控制的射频信号，进而灵活调节光谱分辨率，保证良好信号的前提下提高成像系统的光谱分辨率。该装置具有无运动部件，体积小、重量轻、分辨率高、信噪比高、调谐与扫描速度快、波长稳定性好等优点。AOTF适用于在线以及现场对光谱图像采集，可应用于全方位的产品质量检测。该装置利用BCXD作为图像接收系统，BCXD也称为背照明(XD，其优点在于噪声小和响应光谱范围优于常用的前照明CCD。本发明是一种将光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术融于一体的新型成像技术。所涉及的基础技术及器件是成熟的，该发明是可以实现的。
发明内容
一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，其装置由光源、二次声光可调滤波部分、BCCD成像部分、PC控制与管理部分组成。本发明利用二次声光可调滤波部分作为分光部分的核心元件，根据声光相互作用原理，依靠超声波频率的灵活变化对中心光波长进行选择，使得其两个AOTF有一定的波长差，在平衡点处可以获得适合的波长差，能够得到很高的分辨率。
光源照射到物体上时，物体的反射光进入到成像系统中，采用二元光学透镜作为成像部分，它是将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦系统相结合，该组透镜由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜组成，不仅具有提高多光谱成像的集光能力，并且有利于系统的小型轻量化。这样的成像系统能够将光束准直汇聚到二次滤波部分中。本发明之二次滤波部分的主要元件是两个A0TF，A0TF由单轴双折射晶体(通常采用的材料为TeO2)，粘合在单轴晶体一侧的压电换能器，以及作用于压电换能器的高频信号源组成。AOTF利用了声波在各向异性介质中传播时，对入射到传播介质中的光的布拉格衍射作用，即对入射的多光谱进行分光，当压电换能器(PZT)输入的超声波入射角一定时，对应一个确定的超声波频率值，有唯一的入射光被衍射，挡掉其他部分的光，达到分光作用。 改变超声波频率，声光可调滤波器衍射的光波长也相应改变，这样起到光谱扫描作用。工作过程中，计算机控制驱动器，调节驱动器来选择加载在两个AOTF的射频信号，提供给AOTF 两组同光谱范围不同波长的射频信号，使其AOTF1与AOTF2产生波长差，满足二次滤波的需求，进而得到更窄的光谱宽度，提高了光谱成像的分辨率。被衍射的单色光束汇聚在BCXD上，BCXD位于成像和分光部分的焦平面上。经过 AOTF滤波的光信号照射BCCD，调制加载在AOTF上的超声波频率，得到了物体的光谱图像立方体数据。在光束经过二次滤波部分时，更窄的光谱宽度是光信号相应的减弱，传统的CCD 不能达到理想的成像效果，所以本专利采用的BCXD，它具有噪声低，且其工作温度可以控制，具有很高的传递效率。BCCD将二次滤波器件传来的光信号转变为电信号，再将电信号传给接口电路，由接口电路将信号传给PC控制部分，自我检测其工作是否正常，最后PC控制部分的数据处理软件和图像分析软件进行对待测目标的识别。二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置在时间分辨率、空间分辨率都高于单次声光可调滤波光谱成像技术，可实现快速、高精度光谱图像数据获取。
附图1是二次声光可调滤波超光谱成像装置原理框图；附图2是声光可调二次滤波原理图；附图3是二次声光可调滤波超光谱成像系统流程图。
具体实施例方式第一步启动计算机，打开控制与管理软件。系统完成自检；第二步选定目标，调节光学系统，使系统可以清晰成像；第三步根据待测光谱范围和光谱精度，给定两组超声波频率；第四步获得目标的清晰的高分辨率光谱图像；第五步对光谱图像进行存储，分析等处理。
权利要求
1.一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，其特点在于由光源、成像部分、二次声光可调滤波部分、BCCD和PC控制部分构成。
2.根据权利要求1所述的成像部分，其特征在于将待测目标的反射光汇聚准直入射到二次滤波器件中，使透射光满足滤波部分入射需求，以提高光谱成像系统的光谱和图像分辨率。
3.根据权利要求1所述的二次声光可调滤波部分，其特征在于由两个声光可调滤波器(AOTF)组成，压电换能器在每一个声光可调滤波器上加载不同频率的超声波信号，使其产生波长差。
4.根据权利要求3所述两个声光可调滤波器，其特征在于将待测目标的反射光入射到AOTF1，其分出的+1级衍射光进入到AOTF2,经过AOTF2再次分光，其AOTF2的+1级衍射光的入射到BCXD中。
5.根据权利要求3所述的超声波信号，其特征在于加载在两个AOTF上的超声波频率的关系由待测光谱范围和拟定的光谱分辨率决定。当调谐AOTF2时，AOTF1的衍射光中心波长值固定，使其产生中心波长差。
6.根据权利要求3所述的声光可调滤波器，其特征在于声光可调分光部分采用TeA 作为分光晶体，压电换能器在TeA晶体的一端提供超声波，TeO2晶体的另一端添加泡沫状的吸声体，使超声波在晶体中以行波的形式传播。
7.根据权利要求1所述的BCCD和PC控制部分，其特征在于计算机控制与管理系统的输出与所需波长对应的两组超声波频率，作用于压电换能器，AOTF分光，获得待测目标的光谱图像，BCCD对图像信息进行采集，最后计算机对待测目标的光谱信息进行数据处理，实现了对待测目标的光谱图像特征的分析。
全文摘要
本发明涉及一种二次声光可调滤波超光谱成像方法和装置，可在可见光以及近红外波段摄取待测目标的高分辨率光谱图像，实现对目标的形貌及特性的识别与分析，属于光学遥感成像技术领域。本发明其特征在于，将光学成像技术与二次声光可调滤波部分有机结合起来，其中，以两个声光可调滤波器作为实现光谱成像的分光元件，两个声光可调滤波器在光学结构上串联，其透射谱相乘，与单次声光可调滤波器(Acousto-optic tunable Filter，简称AOTF)的光谱成像系统相比，该系统的分辨率比其高出4倍。二次声光可调滤波超光谱成像技术及装置具有光谱分辨率高、体积小、重量轻、光谱扫描速度快、调谐范围宽等优点，可以在遥感科学、农业普查、地理信息获取等领域获得广泛的应用。
文档编号G02F1/11GK102353451SQ201110273880
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者任玉, 夏腾, 徐立君, 石晓光, 蔡红星, 谭勇, 谭见瑶, 金光勇 申请人:长春理工大学