專利名稱：卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了具有 實(shí)時(shí)性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，屬于激光雷達(dá)、可見光和紅 外遙感探測等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
透射式光學(xué)系統(tǒng)造價(jià)高、測試?yán)щy、存在色差，離軸式光學(xué)系統(tǒng)造價(jià)也較高，而卡 塞格林(Cassegrain)系統(tǒng)則具有消球差、筒長短、無實(shí)際光線匯聚點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn).因此，在光電 裝備中應(yīng)用最為廣泛的是卡塞格林式或經(jīng)過改進(jìn)的卡塞格林式光學(xué)系統(tǒng)?？ㄈ窳滞h(yuǎn)鏡是由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠(yuǎn)鏡，1672年為卡塞格林所發(fā) 明。反射鏡中大的稱為主鏡，小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔，成像于主鏡后面。它的 焦點(diǎn)稱為卡塞格林焦點(diǎn)。有時(shí)也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平面鏡，成像于側(cè)面，這種卡 塞格林望遠(yuǎn)鏡，又稱為耐司姆斯望遠(yuǎn)鏡。在卡塞格林望遠(yuǎn)鏡焦點(diǎn)處可以安置較大的終端設(shè)備，并不擋光，且觀測操作也較 方便。對于一個(gè)兼具有主焦點(diǎn)系統(tǒng)、卡塞格林系統(tǒng)和折軸系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡的 相對口徑是中等的，它適用于作中等光力、較大比例尺的照相和其他工作，一般在這里進(jìn)行 的主要工作有較大光譜儀的分光觀測、直接照相和像增強(qiáng)器照相、光電測光和紅外觀測等。多光譜成像是利用具有一定光譜分辨率的多光譜圖像進(jìn)行目標(biāo)探測，其最大的特 點(diǎn)就是能夠?qū)⒐ぷ鞴庾V區(qū)精細(xì)劃分為多個(gè)譜段，并同時(shí)在各譜段對目標(biāo)場景成像探測。由 于絕大多數(shù)物質(zhì)都有其獨(dú)特的輻射、反射或吸收光譜特征，有的文獻(xiàn)稱為“指紋光譜特征”， 因此根據(jù)不同光譜成像結(jié)果分析可準(zhǔn)確地分辨成像結(jié)果中的各種目標(biāo)成分。相比傳統(tǒng)的單 一寬波段光電探測技術(shù)，多光譜成像可提供更加豐富的目標(biāo)場景信息，在目標(biāo)材質(zhì)識(shí)別、異 常目標(biāo)檢測、偽裝目標(biāo)辨識(shí)、復(fù)雜背景抑制等目標(biāo)探測技術(shù)領(lǐng)域都有著極為重要的應(yīng)用。多光譜成像探測技術(shù)可以在多個(gè)經(jīng)過預(yù)先選擇的特征光譜波段對目標(biāo)場景進(jìn)行 成像探測，可以很好地實(shí)現(xiàn)顏色相近的真?zhèn)文繕?biāo)識(shí)別、雜亂背景抑制等傳統(tǒng)寬波段圖像探 測器不能完成的任務(wù)。在特定的觀測場景下，在經(jīng)過事先研究確定好的目標(biāo)與背景信號(hào)強(qiáng) 度差異大的光譜波段進(jìn)行觀測，可以大幅提升目標(biāo)背景信雜比，提高探測性能。最為重要的 是多光譜成像探測器結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可以構(gòu)造出小型化的戰(zhàn)術(shù)觀測設(shè)備，滿足多種場合 的需要?！币詠恚喙庾V成像傳感器并沒有得到充分重視，在理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新方面 都顯缺乏?，F(xiàn)有的多光譜成像方法主要有兩種一種是采用多個(gè)圖像傳感器并分別配置不 同濾波器構(gòu)成；另一種是前端安置具有多個(gè)濾波器片的撥輪，后端采用單一圖像傳感器，并 由時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路控制其選擇前端不同通道的光譜段信息。這兩種方式雖然已較為成熟，但 缺點(diǎn)明顯，主要體現(xiàn)在第一種方法雖然具有較好的實(shí)時(shí)性，但因需要多個(gè)圖像傳感器，造 成整體結(jié)構(gòu)偏大，無法實(shí)現(xiàn)微小型化；第二種方法需要額外的機(jī)械撥輪和驅(qū)動(dòng)器，只能采集 序列圖像，無法采集同一時(shí)刻、同一被觀測場景在不同光譜段的圖像信息，實(shí)時(shí)性差。因此尋找一種新的多光譜成像探測技術(shù)，在滿足實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)微小型化，具有
重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了具有 實(shí)時(shí)性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，如圖1所示。在本發(fā)明中，通 過采用拼接式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡接收來自目標(biāo)散射的多光譜光束，根據(jù)所需的探測光譜的數(shù) 目確定望遠(yuǎn)鏡主鏡拼接所需主鏡片的數(shù)目，并在每塊主鏡片前放置一個(gè)帶通濾光片以匹配 所需探測光譜的具體特征；每塊主鏡片接收的光束都在望遠(yuǎn)鏡之后的象增強(qiáng)器上產(chǎn)生一個(gè) 圖像，因此最終在CCD相機(jī)可以得到對相同目標(biāo)在每個(gè)光譜上的成像結(jié)果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡 單靈活，通過使用不同的濾光片和拼接式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，很容易獲得不同光譜區(qū) 域的圖像。本發(fā)明采用拼接式的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了具有 實(shí)時(shí)性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，采用如下技術(shù)方案(1)本發(fā)明的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置是由帶通濾光片組、卡塞格 林望遠(yuǎn)鏡次鏡、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡、象增強(qiáng)器和CCD相機(jī)組成。(2)本發(fā)明的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置的基本工作過程如下來自 同一目標(biāo)散射包含多光譜的光束首先經(jīng)過帶通濾光片組，然后依次經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主 鏡和卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡；經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡后的光束在象增強(qiáng)器上成像并被增 強(qiáng)，最終在CXD相機(jī)上被探測成像。(3)本發(fā)明中，所述的多光譜是指所需探測的多個(gè)波長范圍共同組成的光譜組合。(4)本發(fā)明中，所述的帶通濾光片組是由與所需探測的光譜個(gè)數(shù)相同的帶通濾光 片組成，且每個(gè)帶通濾光片的通帶對應(yīng)每個(gè)所需探測光譜。(5)本發(fā)明中，所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡是由與所需探測的光譜個(gè)數(shù)相同的主 鏡片拼接組成，且每塊主鏡片的位置與帶通濾光片組的每塊帶通濾光片的位置一一對應(yīng)， 且每塊帶通濾光片透射光束只進(jìn)入對應(yīng)的主鏡片。(6)本發(fā)明中，所述的象增強(qiáng)器主要用來增強(qiáng)被卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡反射的光束 強(qiáng)度，以方便CCD相機(jī)對其進(jìn)行探測。(7)本發(fā)明中，所述的CCD相機(jī)的光譜響應(yīng)范圍包括所需探測的多光譜的光譜范 圍，且在CCD相機(jī)中的不同位置獲得對同一目標(biāo)在多光譜中多個(gè)波長范圍內(nèi)的成像結(jié)果。本發(fā)明的主要特色主要采用拼接式的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和帶通濾光片組相結(jié)合的 方法，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)時(shí)性和微型結(jié)構(gòu)的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置。


圖1為本發(fā)明卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置圖
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明提出的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，如圖1所示，在具體 實(shí)施方式中，根據(jù)紅外目標(biāo)特性，選擇需要探測的多光譜的多個(gè)波長分別為3um、5um、8um和12um四個(gè)波長組成。因此帶通濾光片組1是有四個(gè)通帶中心波長分別為3Um、5Um、8Um和 12um的四個(gè)帶通濾光片組成的。卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡3是由四塊同樣大小的主鏡片組成， 且主鏡片的位置對應(yīng)帶通濾光片組1中的四個(gè)帶通濾光片的位置。CXD相機(jī)為工作在3 12um的紅外CXD探測器陣列。 具體工作過程如下來自同一目標(biāo)輻射和散射的3um、5um、8um和12um四個(gè)波長組 成的多光譜的光束首先經(jīng)過帶通濾光片組1，然后依次經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡3和卡塞 格林望遠(yuǎn)鏡次鏡2 ；經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡2后的光束在象增強(qiáng)器4上成像并被增強(qiáng)，最 終在C⑶相機(jī)5上被探測成像。其中，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡3中的每塊主鏡片接收的光束 都在望遠(yuǎn)鏡之后的象增強(qiáng)器4上產(chǎn)生一個(gè)圖像，因此最終在CXD相機(jī)5可以得到對探測目 標(biāo)分別在3um、5um、8um和12um四個(gè)波長上的多光譜成像結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，該裝置包括帶通濾光片組(1)、卡塞 格林望遠(yuǎn)鏡次鏡(2)、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡主鏡(3)、象增強(qiáng)器(4)、CCD相機(jī)(5)，其特征在于 來自同一目標(biāo)散射包含多光譜的光束首先經(jīng)過帶通濾光片組，然后依次經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn) 鏡主鏡和卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡；經(jīng)過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡后的光束在象增強(qiáng)器上成像并被 增強(qiáng)，最終在CCD相機(jī)上被探測成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，所述的多光譜是指 所需探測的多個(gè)波長共同組成的多光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，所述的帶通濾光片 組是由與所需探測的光譜個(gè)數(shù)相同的帶通濾光片組成，且每個(gè)帶通濾光片的通帶中心波長 對應(yīng)于多光譜中的每個(gè)所需探測光譜的波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，所述的卡塞格 林望遠(yuǎn)鏡主鏡是由與所需探測的光譜個(gè)數(shù)相同的主鏡片拼接組成，且每塊主鏡片的位置與 帶通濾光片組的每塊帶通濾光片的位置一一對應(yīng)，且每塊帶通濾光片透射光束只進(jìn)入對應(yīng) 的主鏡片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，所述的象增強(qiáng)器主 要用來增強(qiáng)被卡塞格林望遠(yuǎn)鏡次鏡反射的光束強(qiáng)度，以方便CCD相機(jī)對其進(jìn)行探測。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，所述的CCD相機(jī)的 光譜響應(yīng)范圍包括所需探測的多光譜的光譜范圍，且在CCD相機(jī)中的不同位置獲得對同一 目標(biāo)在多光譜中多個(gè)波長范圍內(nèi)的成像結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種新型的卡塞格林望遠(yuǎn)鏡多光譜成像方法和裝置，可應(yīng)用于多光譜激光雷達(dá)、可見光和紅外遙感探測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在本發(fā)明中，通過采用拼接式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡接收來自目標(biāo)散射的多光譜光束，根據(jù)所需的探測光譜的數(shù)目確定望遠(yuǎn)鏡主鏡拼接所需主鏡片的數(shù)目，并在每塊主鏡片前放置一個(gè)帶通濾光片以匹配所需探測光譜的具體特征；每塊主鏡片接收的光束都在望遠(yuǎn)鏡之后的象增強(qiáng)器上產(chǎn)生一個(gè)圖像，因此最終在CCD相機(jī)可以得到對相同目標(biāo)在每個(gè)光譜上的成像結(jié)果。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單靈活，通過使用不同的濾光片和拼接式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，很容易獲得不同光譜的圖像。
文檔編號(hào)G02B23/12GK102004308SQ20101027865
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者何云濤, 劉海濤, 武小芳, 江月松 申請人:北京航空航天大學(xué)