專利名稱：共像面多光譜成像技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)，具體涉及一種多光譜段成像和共像面多光譜成像的技術(shù)。技術(shù)背景多光譜探測領(lǐng)域需要對多幀不同光譜段的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。要獲取多幀不同 光譜段的圖像信息，現(xiàn)有技術(shù)有兩種 一種是采用多個成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濾波器片的撥輪，后端采用單一成像傳感器，并由 時序驅(qū)動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)時性，但因需要多個成像傳感器， 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)動器，只 能采集序列圖像，無法采集同一時刻、同一被觀測場景在不同光譜段的圖像信息，實(shí)時 性差。因此尋找一種新的共像面多光譜成像技術(shù)，在滿足實(shí)時性的基礎(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)明的目的是，提供一種在同一成像傳感器、同一幀上實(shí)現(xiàn)共像面多光譜成像的 新技術(shù)。即可以在同一時刻不同譜段，實(shí)現(xiàn)同一觀測場景在單一成像傳感器上共像面多 光譜成像的有效方法。本項(xiàng)發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，本發(fā)明具有成像傳感器l、 玻璃蒙面2、像面耦合器3、傳像光路4、成像耦合器5、非球面成像鏡頭6、帶通濾波 器7以及固定環(huán)8等。具體組成結(jié)構(gòu)為成像傳感器1前端安放一個固定環(huán)8，環(huán)內(nèi)放 置四個具有不同截止頻域的帶通濾波器。第一個帶通濾波器為7-1，第二個帶通濾波器 為7-2，第三個帶通濾波器為7-3，第四個帶通濾波器為7-4。每個帶通濾波器輸出端對 應(yīng)放置一個由非球面成像鏡頭6和成像耦合器5組成的成像耦合單元。成像傳感器1的 接收面安置一玻璃蒙面2，玻璃蒙面上設(shè)置一個像面耦合器3。在成像耦合器5與像面 耦合器3之間設(shè)有四條以光纖傳像束做材質(zhì)的、各自獨(dú)立的傳像光路4，每個傳像光路 的前端與所述由非球面成像鏡頭6和成像耦合器5組成的成像耦合單元緊密相接，以用 于將非球面成像鏡頭6所成的圖像耦合到傳像光路4的接受面端口 。每個傳像光路4的緊密相接，將每個光學(xué)通道傳輸?shù)男畔⒊上裼谕粠某上駛鞲衅?所對應(yīng)的像面上。從而實(shí)現(xiàn)了由具有不同截止頻域的四個帶通濾波器選擇不同光譜段 信息進(jìn)行成像，并經(jīng)由傳像光路傳輸后，最終耦合到單一傳感器同一像面上的四個不同分割區(qū)域上。成像傳感器1的像面分割數(shù)與像面耦合器3、傳像光路4、成像耦合器5、 非球面成像鏡頭6的個數(shù)以及帶通濾波器的個數(shù)相等匹配，可以是兩路、三路、四路、 五路或六路。即經(jīng)多路帶通濾波器濾波后的不同譜段的光譜信息經(jīng)由非球面成像鏡頭6 成像和傳像光路4傳輸后，最終成像于同一幀的成像傳感器l。帶通濾波器也可以是截 止濾波器。以四濾波通道共像面光譜成像為例通過四個不同的帶通或截止濾波器(如第一個 帶通濾波器7-1的截止頻域?yàn)椤?、第二個帶通濾波器7-2的截止頻域?yàn)?、、第三個帶通 濾波器7-3的截止頻域?yàn)槿?、第四個帶通濾波器7-4的截止頻域?yàn)閊)，將被觀測場景在 不同譜段上的信息由四個非球面成像鏡頭6和成像耦合器5耦合成像后，再經(jīng)由傳像光 路4 (也稱為傳像束)傳輸?shù)较衩骜詈掀?，最終成像于成像傳感器1的一幀圖象上， 由此實(shí)現(xiàn)同一觀測場景在不同譜段上的共像面多光譜成像。觀測場景的成像譜段取決于 前端的四個帶通或截止濾波器上的截止頻域(入i、 X2、人3和入4)。只有滿足相應(yīng)濾波器頻 域的譜段信息才能透過濾波器，并經(jīng)由后端傳輸成像到各相應(yīng)的成像傳感器分割區(qū)域。圖2所示的是由共像面多光譜成像器所成的一幀圖像，是由四個不同帶通或截止濾波器( n、 X2、人3和 u)和非球面成像鏡頭通道所成四個子圖像組成。


圖1為本發(fā)明部件組成結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為由四個帶通濾波器的子圖像組成的一幀圖像示意圖。
具體實(shí)施方式
以下參照圖1和圖2并通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 觀測場景的成像譜段取決于前端的數(shù)個帶通或截止濾波器的截止頻率。只有滿足相 應(yīng)濾波器頻域的譜段信息才能透過濾波器，并經(jīng)由后端傳輸成像到各相應(yīng)的成像傳感器 分割區(qū)域。例如對于一個被觀測區(qū)域，為了便于對該場景進(jìn)行多光譜探測分析，則需要 利用共像面多光譜成像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。對于本實(shí)施例而言，成像傳感器1的像面分割數(shù)取 為4，即設(shè)有4路傳像光路以及相應(yīng)的帶通濾波器等。選擇如下四種截止頻域的濾波片:、 透過可見光的波譜段為420 450nm;入2透過可見光的波譜段為480 520nm; 13透過可 見光的波譜段為530 580nm ，、透過可見光的波譜段為590 660nm。四個具有不同截止頻域的帶通濾波器加載于成像器的前端。經(jīng)濾波后選擇出被觀測場景在對應(yīng)的四個截止頻域l、入2、 ？13和 U上的光譜信息，并由安置在濾波器輸出端的非球面成像鏡頭6成像。其中非球面成像鏡頭焦距f=8mm，然后經(jīng)由成像耦合器5把圖像信息耦合到四路獨(dú) 立的傳像光路4輸入端口，其中成像耦合器規(guī)格為<D2.2mm，四路傳像光路均采用高分辨 率光纖傳像束，規(guī)格為O3X120mm。經(jīng)傳輸后通過像面耦合器3就可將四路通道的圖 像信息耦合在成像傳感器1同一像面的不同分割區(qū)域上，其中像面耦合器規(guī)格為 02.5mm，成像傳感器分辨率為2048x2048，單個像元尺寸為6.45pm。從四光學(xué)傳像通道實(shí)例來看，采用共像面多光譜成像技術(shù)，可以在保證整體系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)微小型化的前提下，在同一個成像傳感器的單幀圖像上，實(shí)現(xiàn)對被觀測場景在多個光 譜段上(本實(shí)施例為四個)的成像，即最終獲取了一幀包含四個光譜段信息的場景圖像， 并且還保證了多光譜成像的同步性和實(shí)時性。本項(xiàng)技術(shù)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)對同一觀測場景在同一時刻不同光譜段進(jìn)行同步成像；(2)在單一成像傳感器的不同分割區(qū)域?qū)崿F(xiàn)共像面多光譜成像；(3)在保證多光譜段成像實(shí)時性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微小型化和緊湊化。
權(quán)利要求
1.共像面多光譜成像技術(shù)，具有成像傳感器(1)、玻璃蒙面(2)、像面耦合器(3)、傳像光路(4)、成像耦合器(5)、非球面成像鏡頭(6)、帶通濾波器(7)，其特征在于成像傳感器(1)前端安放一個固定環(huán)(8)，環(huán)內(nèi)放置四個具有不同截止頻域的帶通濾波器，第一個帶通濾波器為(7-1)，第二個帶通濾波器為(7-2)，第三個帶通濾波器為(7-3)，第四個帶通濾波器為(7-4)，每個帶通濾波器輸出端對應(yīng)放置一個由非球面成像鏡頭(6)和成像耦合器(5)組成的成像耦合單元；所述成像傳感器(1)的接收面安置一玻璃蒙面(2)，玻璃蒙面上設(shè)置一個像面耦合器(3)；在成像耦合器(5)與像面耦合器(3)之間設(shè)有四條以光纖傳像束做材質(zhì)的、各自獨(dú)立的傳像光路(4)，每個傳像光路的前端與所述由非球面成像鏡頭(6)和成像耦合器(5)組成的成像耦合單元緊密相接，以用于將非球面成像鏡頭(6)所成的圖像耦合到傳像光路(4)的接受面端口；每個傳像光路(4)的后端與像面耦合器(3)緊密相接，將每個光學(xué)通道傳輸?shù)男畔⒊上裼谕粠某上駛鞲衅?1)所對應(yīng)的像面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共像面多光譜成像技術(shù)，其特征在于所述成像傳感器(1) 的像面分割數(shù)與所述像面耦合器(3)、傳像光路(4)、成像耦合器(5)、非球面成像鏡 頭(6)的個數(shù)以及所述帶通濾波器的個數(shù)相等匹配，可以是兩路、三路、四路、五路 或六路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的共像面多光譜成像技術(shù)，其特征在于所述帶通濾波器 也可以是截止濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種共像面多光譜成像技術(shù)。成像傳感器前端設(shè)有固定環(huán)，環(huán)內(nèi)放置具有不同截止頻域的帶通濾波器。每個濾波器輸出端對應(yīng)放置一個由非球面成像鏡頭和成像耦合器組成的成像耦合單元。成像傳感器接收面安置一玻璃蒙面，玻璃蒙面上設(shè)置一個像面耦合器。在成像耦合器與像面耦合器之間設(shè)有傳像光路，每個傳像光路的前端與成像耦合單元相接，以用于將非球面成像鏡頭所成的圖像耦合到傳像光路的接受面端口。每個傳像光路的后端與像面耦合器相接，將通道傳輸?shù)男畔⒊上裼谕粠某上駛鞲衅魉鶎?yīng)的像面上。本發(fā)明可對同一觀測場景在同一時刻不同光譜段進(jìn)行同步共像面成像，在保證共像面多光譜成像高實(shí)時性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微小型化。
文檔編號G01J3/28GK101221072SQ20081005214
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者峰 劉, 張召才, 文鵬程, 王向軍 申請人:天津大學(xué)