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CN105628200B - 计算光谱成像装置 - Google Patents

计算光谱成像装置 Download PDF

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CN105628200B
CN105628200B CN201510993041.XA CN201510993041A CN105628200B CN 105628200 B CN105628200 B CN 105628200B CN 201510993041 A CN201510993041 A CN 201510993041A CN 105628200 B CN105628200 B CN 105628200B
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李建欣
柏财勋
沈燕
周建强
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Nanjing University of Science and Technology
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Nanjing University of Science and Technology
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种计算光谱成像装置，包括第一成像物镜、准直物镜、半透半反镜、色散元件、第二成像物镜、反射式空间光调制器、第三成像物镜和探测器，其中共光轴依次设置第一成像物镜、准直物镜、半透半反镜和色散元件，在色散光方向依次第二成像物镜和反射式空间光调制器，在半透半反镜的反射光路上依次设置第三成像物镜和探测器；所有光学元件相对于成像装置底座同轴等高。本发明单次即可获取包含完整探测场景的二维图像信息及一维光谱信息；而传统的色散成像光谱仪单次只能获取探测场景一个维度的图像信息。不需要图像拼接，空间分辨率不受狭缝宽度限制，具有高空间分辨率的优点。

Description

计算光谱成像装置
技术领域
本发明属于光学成像领域，具体涉及一种计算光谱成像装置。
背景技术
在对目标进行成像探测时，物体的光谱信息可以反应出目标的物理、化学性质，并可有效地消除背景噪声，增强物体的可见性。成像光谱仪集合了照相机和光谱仪的特点，可以同时获得探测场景的图像信息和各物点的光谱信息。成像光谱仪具有广阔的应用前景，在工业、农业、军事侦察、大气探测等领域具有重要的应用价值。主流的成像光谱仪主要包括滤光片型、色散型和干涉型三大类，其中色散型具有较高的光谱分辨率，且原理简单，是现阶段高光谱成像探测的主要类型。
传统的色散光谱仪采用入射狭缝，单次探测能够获取目标场景一列物点的光谱信息，通过推扫获取整个场景的光谱信息。各个谱段的重构光谱图像由场景各列物点图像拼接而成，往往包含条带噪声，且如果推扫过程中出现丢帧或者平台出现抖动，拼接图像可能会遗失有效信息。此外，传统的色散光谱仪中入射狭缝的宽度与重构的光谱图像的空间分辨率成反比，且与入射光通量成正比。为保证充足的光通量，狭缝必须具有一定的宽度，限制了光谱图像空间分辨率的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算光谱成像装置，解决了传统色散光谱方案中二维图像信息及一维光谱信息无法同时获取的技术问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种计算光谱成像装置，包括第一成像物镜、准直物镜、半透半反镜、色散元件、第二成像物镜、反射式空间光调制器、第三成像物镜和探测器，其中共光轴依次设置第一成像物镜、准直物镜、半透半反镜和色散元件，在色散光方向依次第二成像物镜和反射式空间光调制器，在半透半反镜的反射光路上依次设置第三成像物镜和探测器；所有光学元件相对于成像装置底座同轴等高。
还包括光阑，第一成像物镜的成像面上设有光阑。
上述色散元件为透射式色散光栅、反射式色散光栅或色散棱镜。
上述反射式空间光调制器能够选择性的反射第二成像物镜后焦面上面某一列图像的光线，让这一列反射光束返回第二成像物镜。
来自目标的入射光束通过第一成像物镜成像在其像面上，随后经过准直物镜，形成准直光束，以准直光束形式入射到半透半反镜，分为透射光和反射光，其中透射光束经过色散元件，发射色散，随后色散光束经过第二成像物镜成像在其后焦面处的反射式空间光调制器上，反射式空间光调制器将第二成像物镜所成的色散图像中的一列图像的光束反射，光束再次经过第二成像物镜形成平行光束，然后经过色散元件发生第二次色散，色散后的光束再次入射到半透半反镜，经半透半反镜反射到第三成像物镜；入射到第三成像物镜的色散光束成像在其后焦面处的探测器的靶面上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)单次即可获取包含完整探测场景的二维图像信息及一维光谱信息；而传统的色散成像光谱仪单次只能获取探测场景一个维度的图像信息。
(2)复原的光谱图像无需图像拼接，避免图像信息流失。
(3)复原光谱图像的空间分辨率不受狭缝宽度的限制，可以获取高空间分辨率的光谱图像。
附图说明
图1为本发明的计算光谱成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
结合图1，一种计算光谱成像装置，包括第一成像物镜1、准直物镜2、半透半反镜3、色散元件4、第二成像物镜5、反射式空间光调制器6、第三成像物镜7和探测器8，其中共光轴依次设置第一成像物镜1、准直物镜2、半透半反镜3和色散元件4，在色散光方向依次第二成像物镜5和反射式空间光调制器6，在半透半反镜3的反射光路上依次设置第三成像物镜7和探测器8；所有光学元件相对于成像装置底座同轴等高。
还包括光阑9，第一成像物镜1的成像面上设有光阑9。
上述色散元件4为透射式色散光栅、反射式色散光栅或色散棱镜。
上述反射式空间光调制器6能够选择性的反射第二成像物镜5后焦面上面某一列图像的光线，让这一列反射光束返回第二成像物镜5。
来自目标的入射光束通过第一成像物镜1成像在其像面上，经光阑10去除杂散光，随后经过准直物镜2，形成准直光束，以准直光束形式入射到半透半反镜3，分为透射光和反射光，反射光向背离第三成像物镜7的方向反射，透射光束经过色散元件4，发射色散，随后色散光束经过第二成像物镜5成像在其后焦面处的反射式空间光调制器6上，反射式空间光调制器6将第二成像物镜5所成的色散图像中的一列图像的光束反射，光束再次经过第二成像物镜5形成平行光束，然后经过色散元件4发生第二次色散，色散后的光束再次入射到半透半反镜3，经半透半反镜3反射到第三成像物镜7；入射到第三成像物镜7的色散光束成像在其后焦面处的探测器8的靶面上。经过单次探测，即可获得包含完整探测场景的二维图像信息及一维光谱信息，且每一列图像的代表不同的谱段，通过整体扫描或平移反射式空间光调制器6的反射列的位置，最终获取探测场景完整的三维光谱立方体。本发明获取的目标光谱图像无需拼接，且空间分辨率不受狭缝宽度的影响。

Claims (5)

1.一种计算光谱成像装置，其特征在于：包括第一成像物镜(1)、准直物镜(2)、半透半反镜(3)、色散元件(4)、第二成像物镜(5)、反射式空间光调制器(6)、第三成像物镜(7)和探测器(8)，其中共光轴依次设置第一成像物镜(1)、准直物镜(2)、半透半反镜(3)和色散元件(4)，在色散光方向依次第二成像物镜(5)和反射式空间光调制器(6)，在半透半反镜(3)的反射光路上依次设置第三成像物镜(7)和探测器(8)；所有光学元件相对于成像装置底座同轴等高。
2.根据权利要求1所述的计算光谱成像装置，其特征在于：还包括光阑(9)，第一成像物镜(1)的成像面上设有光阑(9)。
3.根据权利要求1所述的计算光谱成像装置，其特征在于：上述色散元件(4)为透射式色散光栅、反射式色散光栅或色散棱镜。
4.根据权利要求1所述的计算光谱成像装置，其特征在于：上述反射式空间光调制器(6)能够选择性的反射第二成像物镜(5)后焦面上面某一列图像的光线，让这一列反射光束返回第二成像物镜(5)。
5.根据权利要求1所述的计算光谱成像装置，其特征在于：来自目标的入射光束通过第一成像物镜(1)成像在其像面上，随后经过准直物镜(2)，形成准直光束，以准直光束形式入射到半透半反镜(3)，分为透射光和反射光，其中透射光束经过色散元件(4)，发射色散，随后色散光束经过第二成像物镜(5)成像在其后焦面处的反射式空间光调制器(6)上，反射式空间光调制器(6)将第二成像物镜(5)所成的色散图像中的一列图像的光束反射，光束再次经过第二成像物镜(5)形成平行光束，然后经过色散元件(4)发生第二次色散，色散后的光束再次入射到半透半反镜(3)，经半透半反镜(3)反射到第三成像物镜(7)；入射到第三成像物镜(7)的色散光束成像在其后焦面处的探测器(8)的靶面上。
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