一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，屬于成像光譜技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由前置反射式成像物鏡、反射濾光傳像、濾光控制、焦平面陣列探測(cè)器成像、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)組成。本發(fā)明所述的全反射寬波段多光譜成像系統(tǒng)，可在紫外?近紅外的工作譜段內(nèi)同時(shí)探測(cè)到目標(biāo)的二維高空間分辨率圖像和多光譜圖像；克服了傳統(tǒng)透射濾光片式多光譜成像系統(tǒng)的透射濾光片引入像差和色差、配準(zhǔn)等問題；克服了傳統(tǒng)光柵光譜系統(tǒng)中具有狹縫，光通量和光譜靈敏度低的問題?？蓮V泛應(yīng)用于光譜顏色高保真復(fù)制、寬波段印刷品質(zhì)量檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)多光譜成像、多光譜遙感等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多光譜成像技術(shù)可同時(shí)獲取目標(biāo)的圖像和光譜信息，受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān) 注。在光學(xué)遙感、高精度顏色保真復(fù)制、藝術(shù)品鑒定、醫(yī)療和公共安全等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有濾光片式多光譜成像系統(tǒng)采用窄帶干涉濾光片、寬帶吸收濾光片、聲光可調(diào) 濾光片和液晶可調(diào)濾光片等透射濾光片系統(tǒng)至于目標(biāo)圖像采集的光路中，透射濾光片的使 用會(huì)為整個(gè)系統(tǒng)引入色差和像差，使不同通道圖像的清晰成像面位置不同。因此，在透射濾 光片式多光譜系統(tǒng)的光譜圖像獲取過程中，必須進(jìn)行多次聚焦，以獲取各波段的清晰圖像； 對(duì)得到的各通道圖像必須進(jìn)行配準(zhǔn)，以獲取目標(biāo)圖譜合一的光譜數(shù)據(jù)立方體。
[0004] 現(xiàn)有的反射濾光式光柵光譜成像系統(tǒng)可有效避免分光元件透射引入的色差和像 差，但其光譜成像原理決定了系統(tǒng)中必須使用狹縫，從而降低了光通量和光譜靈敏度。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)提出了透射濾光片式多光譜成像系統(tǒng)的快速調(diào)焦方法，雖然解決了手動(dòng) 調(diào)焦的耗時(shí)問題，但得到的多通道光譜圖像必須進(jìn)行配準(zhǔn)才可獲取目標(biāo)圖像的光譜數(shù)據(jù)立 方體。凹面光柵光譜儀，通過遮光板的位置切換可利用一個(gè)探測(cè)器獲取短波和長(zhǎng)波光譜，有 效減小系統(tǒng)體積。但其與其他光柵分光式光譜成像系統(tǒng)相同，在光路中必須使用狹縫，其光 通量和光譜靈敏度較低。
[0006] 綜上所述，透射濾光片式光譜成像系統(tǒng)和光柵色散式光譜成像系統(tǒng)都各有特點(diǎn)， 但分別存在光譜圖像采集過程中需要調(diào)焦、獲得的光譜圖像需要配準(zhǔn)、系統(tǒng)中存在狹縫導(dǎo) 致光通量和光譜靈敏度較低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，用以解決 現(xiàn)有技術(shù)中獲取光譜圖像需調(diào)焦、多通道光譜圖像需配準(zhǔn)和光通量及光譜靈敏度低的問 題。
[0008] -種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，包括前置反射成像物鏡系統(tǒng)，用于通過全 反射方式將目標(biāo)圖像成像至反射濾光傳像系統(tǒng)的物面;反射濾光傳像系統(tǒng)，用于將前置反 射成像物鏡輸出的圖像進(jìn)行反射式濾光，并傳遞到焦平面探測(cè)器，以獲得光譜圖像;焦平面 陣列探測(cè)器系統(tǒng)，用于將獲取的各通道圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于將 焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到目標(biāo)在各光譜波長(zhǎng)下的圖像信息 和目標(biāo)的光譜圖像數(shù)據(jù)立方體;濾光控制系統(tǒng)，用于控制反射濾光像傳系統(tǒng)的光譜通道和 光譜范圍，以將前置反射成像物鏡系統(tǒng)獲取的圖像，以不同的光譜通道和波段范圍傳遞至 焦平面陣列探測(cè)器。
[0009] 所述的前置成像物鏡系統(tǒng)為全反射式物鏡成像系統(tǒng)，可選卡塞格林雙反射鏡或離 軸三反式全反射成像物鏡系統(tǒng)。
[0010]所述反射濾光傳像系統(tǒng)由半徑不同的兩球面反射鏡組成，其主鏡和次鏡的球心位 置重合。
[0011]所述反射濾光傳像系統(tǒng)的次鏡為完整的球形反射鏡或圓環(huán)式球形反射鏡，被置于 濾光控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，并在不同反射區(qū)域鍍以不同光譜反射率的高反膜。
[0012] 本發(fā)明的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，除反射濾光傳像系統(tǒng)的次鏡外，可在 該全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)前置反射成像物鏡系統(tǒng)和反射濾光傳像系統(tǒng)主鏡的任 一反射鏡面鍍目標(biāo)波段范圍內(nèi)的寬帶高反膜，以抑制目標(biāo)波段范圍外光線的影響，提高光 譜靈敏度。
[0013] 所述的反射式濾光傳像系統(tǒng)的物面位置與前置反射成像物鏡的后焦平面位置重 合;具有濾光和傳像雙重功能。
[0014] 所述的濾光控制系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和控制與處理模塊，控制與處理模塊與旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)的控制端口相連，并控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng);所述反射式濾光傳像系統(tǒng)的次鏡安裝在旋轉(zhuǎn) 平臺(tái)上，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的帶動(dòng)下，反射濾光傳像系統(tǒng)次鏡繞通過球心的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0015] 所述的濾光控制系統(tǒng)用于控制反射式濾光傳像系統(tǒng)次鏡的旋轉(zhuǎn)角度，使次鏡上不 同光譜反射率的區(qū)域依次反射主鏡光線;并利用焦平面陣列探測(cè)器依次接收，以獲取光譜 圖像序列，達(dá)到控制反射濾光并獲取不同波段光譜圖像的目的。
[0016] 所述的焦平面陣列探測(cè)器成像系統(tǒng)的位置與反射式濾光傳像系統(tǒng)2的后焦平面重 合。
[0017] 本發(fā)明全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)中的成像系統(tǒng)和濾光及像傳系統(tǒng)無透射 元件，均為全反射式結(jié)構(gòu)。
[0018] 本發(fā)明提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，其前置反射成像物鏡系統(tǒng)能夠?qū)?目標(biāo)的反射光線并聚焦成像，其像面位置和反射濾光像傳系統(tǒng)的物面重合;通過反射濾光 像傳系統(tǒng)，將不同波段的光譜圖像傳遞至位于其像面位置的焦平面陣列探測(cè)器，并通過焦 平面陣列探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于前置反射成像物鏡系統(tǒng)和濾 光像傳系統(tǒng)都是以全反射的方式成像，整個(gè)多光譜成像系統(tǒng)中無透射元件，從而避免了成 像和濾光裝置對(duì)光線的選擇性吸收，大大擴(kuò)展了多光譜成像系統(tǒng)的波段范圍。此外，全反射 式結(jié)構(gòu)還避免了使用透鏡會(huì)產(chǎn)生的光線色散，使不同波段光譜圖像的清晰像面在同一位 置，使得光譜圖像清晰而無需配準(zhǔn)，光譜數(shù)據(jù)也更精確。反射濾光像傳系統(tǒng)可在不利用狹縫 的條件下對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行不同波段的濾光，使得進(jìn)入焦平面探測(cè)器的光通量更高，從而提 高了整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度。本發(fā)明提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，反射濾光傳像系 統(tǒng)次鏡的不同區(qū)域被鍍以不同光譜反射率膜，并由濾光控制系統(tǒng)繞次鏡圓心旋轉(zhuǎn)，以獲取 不同波段的光譜圖像，有效減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，而且易于裝調(diào)。
【附圖說明】：
[0019] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0021]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例提供的射式濾光傳像系統(tǒng)次鏡不同區(qū)域鍍不同光譜反射率 高反膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明提供了一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)時(shí)方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，包括
[0024] -種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，包括前置反射成像物鏡系統(tǒng)1，用于通過全 反射方式將目標(biāo)圖像成像至反射濾光傳像系統(tǒng)的物面;反射濾光傳像系統(tǒng)2，用于將前置反 射成像物鏡1輸出的圖像進(jìn)行反射式濾光，并傳遞到焦平面探測(cè)器3,以獲得光譜圖像;焦平 面陣列探測(cè)器系統(tǒng)3,用于將獲取的各通道圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);濾光控制系統(tǒng)4,用 于控制反射濾光像傳系統(tǒng)2的光譜通道和光譜范圍，使焦平面陣列探測(cè)器3可依次采集不同 光譜通道和波段范圍的圖像序列。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5,用于將焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)3獲取的 不同光譜通道和波段范圍的圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到目標(biāo)在各光譜波長(zhǎng)的圖像信息 和目標(biāo)的光譜圖像數(shù)據(jù)立方體。
[0025] 本發(fā)明提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，其前置反射成像物鏡系統(tǒng)1能夠 對(duì)目標(biāo)反射的光線聚焦成像，其像面位置和反射濾光像傳系統(tǒng)2的物面重合;通過反射濾光 像傳系統(tǒng)2,將不同波段的光譜圖像傳遞至位于其像面位置的焦平面陣列探測(cè)器3,并通過 焦平面陣列探測(cè)器3將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);濾光控制系統(tǒng)4控制反射濾光像傳系統(tǒng)2的光 譜通道和光譜范圍，使焦平面陣列探測(cè)器3可依次采集不同光譜通道和波段范圍的圖像序 列;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5對(duì)由焦平面陣列探測(cè)系統(tǒng)3獲取的光譜圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可得到 目標(biāo)各波長(zhǎng)的圖像信息和光譜圖像數(shù)據(jù)立方體。
[0026] 全反射式成像和濾光結(jié)構(gòu)還避免了使用透鏡會(huì)成像產(chǎn)生的光線色散，使不同波段 光譜圖像的清晰像面在同一位置，使得光譜圖像清晰而無需配準(zhǔn)，光譜數(shù)據(jù)也更精確。反射 濾光像傳系統(tǒng)可在不利用狹縫的條件下對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行不同波段的濾光，使得進(jìn)入焦平面 探測(cè)器的光通量更高，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度。
[0027] 本發(fā)明提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，反射濾光傳像系統(tǒng)次鏡2-2的不 同區(qū)域被鍍以不同光譜反射率膜，并由濾光控制系統(tǒng)4控制其繞次鏡2-2的圓心旋轉(zhuǎn)，以獲 取不同波段的光譜圖像。該反射是濾光系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)，有效減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，而且易 于裝調(diào)。
[0028] 本發(fā)明中應(yīng)用的光學(xué)器件均為反射式成像、濾光和傳像，其前置反射式成像物鏡2 可以包括各種能實(shí)現(xiàn)成像功能的反射鏡，本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)此不做限制，但為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 并節(jié)省成本，本發(fā)明實(shí)施例中的前置反射式成像物鏡1使用卡塞格林雙反鏡或離軸三反式 成像物鏡。
[0029] 由于前置反射成像物鏡系統(tǒng)1和反射濾光像傳系統(tǒng)2都是以全反射的方式成像和 濾光，整個(gè)多光譜成像系統(tǒng)中無透射元件，從而避免了成像和濾光裝置對(duì)光線的選擇性吸 收，大大擴(kuò)展了多光譜成像系統(tǒng)的波段范圍。可在本發(fā)明中的前置反射成像物鏡系統(tǒng)1和反 射濾光傳像系統(tǒng)2的主鏡的任一反射鏡面鍍某一波段范圍內(nèi)的寬帶高反膜，增強(qiáng)此波段范 圍內(nèi)的光譜反射率，以抑制該波段范圍以外光線的影響，提高光譜靈敏度。
[0030] 本發(fā)明中的反射濾光傳像系統(tǒng)2由半徑不同的兩球面反射鏡組成，兩反射鏡的球 心位置重合，具有反射濾光式分光和傳像雙重功能。反射濾光傳像系統(tǒng)2的次鏡為完整的球 形反射鏡或圓環(huán)式球形反射鏡，并在不同反射區(qū)域鍍不同光譜反射率的反射膜，被置于濾 光控制系統(tǒng)4的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，其球心在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)軸上。
[0031]濾光控制系統(tǒng)4包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1和濾光控制與處理模塊4-2,濾光控制與處理模 塊4-2與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1的控制端口相連，并控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1的轉(zhuǎn)動(dòng);所述反射式濾光傳像系 統(tǒng)2的次鏡2-2安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1上，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1的帶動(dòng)下，反射濾光傳像系統(tǒng)2的次鏡 2-2圍繞過球心并垂直于次鏡2-2圓環(huán)平面的軸旋轉(zhuǎn)。濾光控制系統(tǒng)4控制反射式濾光傳像 系統(tǒng)2的次鏡2-2旋轉(zhuǎn)角度，使次鏡2-2上不同光譜反射率的區(qū)域依次反射主鏡2-1光線，達(dá) 到反射濾光式分光的目的；
[0032]對(duì)于反射濾光傳像系統(tǒng)次鏡2-2的某一角度，反射濾光傳像系統(tǒng)2只能將一個(gè)光譜 反射率波段的光譜圖像傳遞至焦平面陣列探測(cè)器3。濾光控制系統(tǒng)4必須根據(jù)反射濾光傳像 系統(tǒng)次鏡2-2反射主鏡2-1光線的鍍膜區(qū)域，確定旋轉(zhuǎn)平臺(tái)4-1的轉(zhuǎn)角起始位置和每次轉(zhuǎn)動(dòng) 角度的大小，使不同光譜反射率通道的目標(biāo)圖像由焦平面陣列探測(cè)器3獲取。因此，旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)4-1的轉(zhuǎn)角起始位置和轉(zhuǎn)角步長(zhǎng)必須由控制與處理模塊4-2控制，并在每個(gè)轉(zhuǎn)角由焦平面 陣列探測(cè)器3獲取一幅光譜圖像。焦平面陣列探測(cè)器3依次接收各轉(zhuǎn)角的光譜圖像，可由獲 取光譜圖像序列。依據(jù)據(jù)反射濾光傳像系統(tǒng)次鏡2-2上光譜反射率膜層種類決定的光譜通 道數(shù)量、反射濾光傳像系統(tǒng)次鏡2-2上所鍍?yōu)V光反射膜的光譜反射率曲線和帶寬、焦平面陣 列探測(cè)器3的光譜靈敏度等因素，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，以獲取目標(biāo) 在各光譜波長(zhǎng)下的圖像信息和光譜圖像數(shù)據(jù)立方體。
[0033] 下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì) 說明。
[0034] 如圖2所示，本發(fā)明提供了一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，包括前置反射成 像物鏡系統(tǒng)61，反射濾光傳像系統(tǒng)62、焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63、濾光控制系統(tǒng)64和數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)65。
[0035]本發(fā)明全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)的工作原理為：目標(biāo)圖像經(jīng)過前置反射成 像物鏡系統(tǒng)61后，成像至反射濾光傳像系統(tǒng)62的物面;反射濾光傳像系統(tǒng)62具有濾光和傳 像雙重功能，可將將被濾光后的目標(biāo)光譜圖像傳遞至焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63,利用濾光 控制系統(tǒng)64改變?yōu)V光圖像光譜通道;并用焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63依次接收濾光后不同的 光譜圖像序列；該光譜圖像序列經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)65進(jìn)行光譜反射率重建，最終形成目標(biāo) 的光譜圖像立方體，可以從中提取目標(biāo)的二維光譜圖像信息和一維光譜信息。
[0036]前置反射成像物鏡系統(tǒng)61采用改進(jìn)型卡塞格林雙反鏡結(jié)構(gòu)，兩反射面均為球面， 便于加工，并節(jié)省成本;兩反射鏡的相對(duì)位置可沿光軸調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焦功能。
[0037]反射濾光傳像系統(tǒng)62類似奧夫納三反鏡結(jié)構(gòu)，由主鏡62-1和次鏡62-2兩同心反射 球面組成。物、球心和像三者位于同一直線上，而且物和像關(guān)于球心對(duì)稱，物象中心之間的 距離D為：
[0039] 其中η為主鏡62-1球面半徑，r2為次鏡62-2球面半徑。
[0040]如圖3所示，在次鏡62-2的不同區(qū)域鍍不同光譜反射率薄膜。將次鏡62-2的球面均 分成a-f六個(gè)小球面區(qū)域，利用光譜反射率向量最大線性無關(guān)法設(shè)計(jì)每個(gè)區(qū)域的光譜反射 率，并根據(jù)設(shè)計(jì)的光譜反射率向量，對(duì)a-f六個(gè)區(qū)域分別鍍膜。對(duì)次鏡62-2鍍膜實(shí)現(xiàn)反射濾 光的功能，而主鏡62-1和次鏡62-2的光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳像的功能。因此，反射濾光傳像系統(tǒng)62 具有濾光和傳像雙重功能。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例中，將全反射寬波段多光譜成像系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)范圍限定在可見光 波段，可在前置反射成像物鏡系統(tǒng)61的次鏡上鍍可見光寬帶高反膜，該膜層在可見光波段 的光譜反射率平均值大于96%的，在紫外和近紅外波段的平均反射率小于3%，以抑制紫外 和近紅外光線的干擾和影響。
[0042]將反射濾光傳像系統(tǒng)62的次鏡62-2置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)64-1上，次鏡62-2的球心在旋轉(zhuǎn) 平臺(tái)64-1的轉(zhuǎn)軸上;通過濾光控制與處理模塊64-2控制轉(zhuǎn)臺(tái)64-1的轉(zhuǎn)動(dòng)，使次鏡62-2不同 區(qū)域反射反射濾光傳像系統(tǒng)62主鏡62-1的光線，從而將不同光譜通道的目標(biāo)圖像傳遞至焦 平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63。利用次鏡62-2繞球心的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)濾光目的，使整個(gè)系統(tǒng)易于裝調(diào)， 而且其系統(tǒng)穩(wěn)定性較高;而反射式濾光有效避免了透射濾光元件為整個(gè)成像系統(tǒng)引入的像 差和色差。濾光控制與處理模塊64-2與焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63具有硬件同步裝置，以保 證次鏡62-1旋轉(zhuǎn)到位后，焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63采集到的此通道光譜圖像有效。
[0043]本實(shí)施例中，可見光范圍焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63可采用彩色(XD陣列探測(cè)器，像 元數(shù)量為1024*1024,這樣就形成了反射濾光傳像系統(tǒng)62和CCD本身RGB濾光的串聯(lián)濾光系 統(tǒng)，可獲取6*3 = 18個(gè)通道的光譜圖像數(shù)據(jù)。若系統(tǒng)工作波段在非可見光范圍內(nèi)，必須使用 單色面陣(XD探測(cè)器，其光譜通道的數(shù)量為6個(gè)。
[0044] 本實(shí)施例中，目標(biāo)的像被聚焦在前置反射成像物鏡系統(tǒng)61的像面位置，可沿光軸 調(diào)整前置反射成像物鏡系統(tǒng)61主鏡61-1和次鏡61-2的相對(duì)位置，改變像面位置并清晰成 像。前置反射成像物鏡系統(tǒng)61的像面位置即為反射濾光傳像系統(tǒng)62的物面位置，反射濾光 傳像系統(tǒng)62將不同光譜通道的光譜圖像依次傳遞到焦平面陣列探測(cè)器63上進(jìn)行光譜圖像 序列采集。目標(biāo)圖像的光線進(jìn)入前置反射成像物鏡系統(tǒng)61后，經(jīng)前置反射成像物鏡系統(tǒng)61 的主鏡61-1反射的光束由其第二反射鏡反射后，經(jīng)過主鏡61-1的中心圓孔，聚焦成像至前 置反射成像物鏡系統(tǒng)61的像面。由該像面發(fā)出的光線進(jìn)入反射濾光傳像系統(tǒng)62后，主鏡62-1反射此光束至被分區(qū)域鍍膜的次鏡62-2上，再被次鏡62-2反射至主鏡62-1，最后由主鏡 62-1反射后成像至反射濾光傳像系統(tǒng)的像面位置，并在此像面位置用焦平面陣列探測(cè)器系 統(tǒng)63接收此通道的光譜圖像數(shù)據(jù)，通過濾光控制系統(tǒng)4控制次鏡62-2濾光反射區(qū)域，即可利 用焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)63依次接收各通道的光譜圖像數(shù)據(jù)，并獲取光譜圖像序列，該光 譜圖像序列經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)65進(jìn)行光譜反射率重建后，最終可得目標(biāo)圖像的光譜數(shù)據(jù)立 方體，從而可以提取目標(biāo)的二維圖像信息和一維光譜信息。
[0045] 盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到 各種改進(jìn)、增加和取代也是可能的。因此，本發(fā)明的范圍當(dāng)不限于上述實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，其特征在于： 包括前置反射成像物鏡系統(tǒng)，用于通過全反射方式將目標(biāo)圖像成像至反射濾光傳像系 統(tǒng)的物面;所述反射濾光傳像系統(tǒng)，用于將前置反射成像物鏡1輸出的圖像進(jìn)行反射式濾 光，并傳遞到焦平面探測(cè)器，以獲得光譜圖像;所述焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)，用于將獲取的 各通道圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);所述濾光控制系統(tǒng)，用于控制反射濾光像傳系統(tǒng)的光 譜通道和光譜范圍，將前置反射成像物鏡系統(tǒng)獲取的圖像序列，依次以不同的光譜通道和 波段范圍傳遞至焦平面陣列探測(cè)器;所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于將焦平面陣列探測(cè)器系統(tǒng)依 次獲取的圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到目標(biāo)在各光譜波長(zhǎng)下的圖像信息和光譜圖像數(shù)據(jù) 立方體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的前置成像物鏡系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)為全反射式物鏡成像 系統(tǒng)，可選卡塞格林雙反射鏡或離軸三反式全反射成像物鏡系統(tǒng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射濾光傳像系統(tǒng)，其特征在于：由半徑不同的兩球面反射鏡 組成，其主鏡和次鏡的球心位置重合。4. 根據(jù)權(quán)利要求4所述反射濾光傳像系統(tǒng)的次鏡，其特征在于:完整的球形反射鏡或圓 環(huán)式球形反射鏡，在不同反射區(qū)域鍍以不同光譜反射率的反射膜。被置于濾光控制系統(tǒng)的 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)，其特征在于:除反射濾光傳 像系統(tǒng)的次鏡外，可在該全反射式寬波段多光譜成像系統(tǒng)前置反射成像物鏡系統(tǒng)和反射濾 光傳像系統(tǒng)主鏡的任一反射鏡面鍍目標(biāo)波段范圍內(nèi)的寬帶高反膜，以抑制目標(biāo)波段范圍外 光線的影響，提高光譜靈敏度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射濾光傳像系統(tǒng)，其特征在于:該結(jié)構(gòu)的物面位置與前置反 射成像物鏡的后焦平面位置重合;具有濾光和傳像雙重功能。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾光控制系統(tǒng)，其特征在于：包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和控制與處理模 塊，控制與處理模塊與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的控制端口相連，并控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng);所述反射濾光傳 像系統(tǒng)的次鏡安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的帶動(dòng)下，反射濾光傳像系統(tǒng)的次鏡繞旋轉(zhuǎn) 平臺(tái)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)軸過兩反射鏡的球心重合點(diǎn)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾光控制系統(tǒng)，其特征在于:控制反射式濾光傳像系統(tǒng)次鏡的 旋轉(zhuǎn)角度，使該次鏡上不同光譜反射率的區(qū)域依次反射控制反射式濾光傳像系統(tǒng)主鏡的光 線;并利用焦平面陣列探測(cè)器依次接收，以獲取光譜圖像序列，達(dá)到控制反射濾光并獲取不 同波段光譜圖像的目的。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焦平面陣列探測(cè)器成像系統(tǒng)，其特征在于:所述焦平面陣列探 測(cè)器位置與反射式濾光傳像系統(tǒng)的后焦平面重合。10. 根據(jù)權(quán)利1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的成像系統(tǒng)和濾光傳像系統(tǒng) 中無透射元件，均為全反射式結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK106092318SQ201610394867
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日 公開號(hào)201610394867.9, CN 106092318 A, CN 106092318A, CN 201610394867, CN-A-106092318, CN106092318 A, CN106092318A, CN201610394867, CN201610394867.9
【發(fā)明人】廉玉生, 金楊, 黃敏, 劉瑜
【申請(qǐng)人】北京印刷學(xué)院