本發明專利技術是一種快照式高通量的光譜成像方法和光譜成像儀，實現畫幅式拍照。光譜儀包括線性漸變濾光片陣列和光場成像機構，光場成像機構包括主鏡、微透鏡陣列和探測器。濾光片陣列在主鏡鏡片之間的孔徑光闌處，濾光片陣列由若干等寬的濾光片間隙排列組成，濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶。微透鏡陣列在前置光學成像系統的成像面，探測器在微透鏡陣列的焦平面上。光譜成像方法將目標發射或反射的不同方向光經主鏡和濾光片陣列調制后，成像于某個微透鏡上，經該微透鏡將光分散到探測器的像元上形成子圖像，最終獲得的三維光譜圖像數據。本發明專利技術實現了一次拍照就獲取目標的完整光譜圖像信息，可應用于快速變化或移動目標的監測與追蹤中。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學成像技術，具體涉及一種利用基于微透鏡陣列的光場成像技術和線性漸變濾光片色散實現畫幅式拍照的光譜成像方法和光譜成像儀。
技術介紹
傳統色散型或干涉型成像光譜技術都需要至少某種掃描方式獲取目標場景的空間和光譜信息，無法在一次曝光內同時獲取完整圖像光譜信息，因而限制了成像光譜儀在快速運動或變化目標的監測等方面的應用。此外，這類成像光譜儀的掃描運動對其搭載的推掃平臺或自身掃描機構的運動精度和穩定性都有很高要求，易受震動等外部沖擊影響， 因此加大了運動部件的加工難度和成本，不適用于復雜的工作環境。20世紀90年代，隨著計算機技術的發展，出現了基于計算層析成像的光譜成像技術，該技術可在一次拍攝中同時獲取目標的二維空間信息和一維光譜信息，通過計算機層析計算原理可以獲取目標光譜數據立方體。但是該技術對分光元件的精度要求高，且對探測器陣面利用率低，成本高，難以實用化。近年來，國際上興起了一種新型的計算成像技術——光場成像技術，該技術通過在傳統光學成像系統添加解調單元，將目標二維空間分布信息和幾何光線傳播的二維方向信息同時記錄下來，可提取不同方向角下的目標信息即目標物體的二維光強度分布，利用特定的信息處理方法可以實現對目標圖像的數字對焦處理，從而形成清晰的圖像，還可以處理得到物空間的景深方向的信息，相較于傳統光學成像技術，在信息獲取上具有很大的優勢。光場成像技術的多維信息獲取能力，為瞬時獲取目標的三維光譜圖像數據立方體提供了技術支持。參考文件 I利用小孔陣列作為光場成像技術的調制元件，將多模式濾光片陣列置于前置光學系統光瞳處，一次拍攝獲取目標不同波長的光譜圖像。但是存在如下缺點(1)小孔陣列的光通量低，加大了曝光時間，無法應用于快速變化或移動的目標；(2)小孔陣列的物理衍射光斑大，探測器像元利用率低。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種高通量、快照式的成像光譜技術，實現一次拍照獲取目標的完整光譜圖像信息，應用于快速變化或移動目標的監測與追蹤。本專利技術提供的一種快照式高通量的光譜成像儀，包括線性漸變濾光片陣列和基于微透鏡陣列的光場成像機構，光場成像機構包括成像系統的主鏡、微透鏡陣列和探測器。濾光片陣列由一個以上等寬的濾光片間隙排列組成，每個濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶，濾光片陣列被放置在主鏡鏡片之間的孔徑光闌處，形成前置光學成像系統；微透鏡陣列作為光場調制單元被置于前置光學成像系統的成像面；探測器被置于微透鏡陣列的焦平面上，形成光場成像后置系統。每個濾光片都與探測器的一行或者一列像元平行。所述主鏡由透鏡組L1和透鏡組L2組成，濾光片陣列位于透鏡組L1和透鏡組L2之間的孔徑光闌處，透鏡組L2位于濾光片陣列與微透鏡陣列之間，濾光片陣列經透鏡組L1得到濾光片陣列像，設透鏡組L1對濾光片陣列的放大率為M1，則濾光片陣列中相鄰兩濾光片的間隙J至少為pL/M1，其中，P表示一個探測器像元的尺寸大小，L為濾光片陣列像到微透鏡陣列的距離，f為微透鏡的焦距。本專利技術提供的一種快照式高通量的光譜成像方法，具體包括如下步驟步驟I，在光場成像機構的主鏡鏡片之間的孔徑光闌處放置濾光片陣列，形成前置光學成像系統，所述濾光片陣列由一個以上等寬的濾光片間隙排列組成，每個濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶。設主鏡由透鏡組L1和透鏡組L2組成，濾光片陣列位于透鏡組L1 和透鏡組L2之間的孔徑光闌處，濾光片陣列經透鏡組L1得到濾光片陣列像。濾光片陣列中相鄰兩濾光片的間隙J至少為PlVfM1, P表示一個探測器像元的尺寸大小，L為濾光片陣列像到微透鏡陣列的距離，f為微透鏡的焦距，M1為透鏡組L1對濾光片陣列的放大率。步驟2，在前置光學成像系統的成像面放置微透鏡陣列，透鏡組1^位于濾光片陣列與微透鏡陣列之間，在微透鏡陣列的焦平面上放置探測器。步驟3，目標發射或反射的不同方向光經過主鏡和濾光片陣列調制后，成像于微透鏡陣列上的某個微透鏡上，該微透鏡將接收到的目標不同方向的光分散到探測器的像元上形成子圖像，最終通過成像光譜儀獲得的三維光譜圖像數據立方體大小為(NA，Nx，Ny)，其中，權利要求1.一種快照式高通量的光譜成像儀，其特征在于，包括線性漸變濾光片陣列和基于微透鏡陣列的光場成像機構，光場成像機構包括主鏡、微透鏡陣列和探測器；濾光片陣列由一個以上等寬的濾光片間隙排列組成，每個濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶，濾光片陣列被放置在主鏡鏡片之間的孔徑光闌處，形成前置光學成像系統；微透鏡陣列作為光場調制單元被置于前置光學成像系統的成像面，探測器被置于微透鏡陣列的焦平面上；每個濾光片都與探測器的一行或者一列像元平行； 所述主鏡由透鏡組L1和透鏡組L2組成，濾光片陣列位于透鏡組L1和透鏡組L2之間的孔徑光闌處，透鏡組L2位于濾光片陣列與微透鏡陣列之間，濾光片陣列經透鏡組L1得到濾光片陣列像，設透鏡組L1對濾光片陣列的放大率為M1，則濾光片陣列中相鄰兩濾光片的間隙J至少為PlVfM1，其中，P表示一個探測器像元的尺寸大小，L為濾光片陣列像到微透鏡陣列的距離，f為微透鏡的焦距。2.根據權利要求I所述的光譜成像儀，其特征在于，所述的微透鏡陣列中各微透鏡的F數與前置光學成像系統的有效F數相等。3.一種快照式高通量的光譜成像方法，其特征在于，具有如下步驟 步驟I，在光場成像機構的主鏡鏡片之間的孔徑光闌處放置濾光片陣列，形成前置光學成像系統，所述濾光片陣列由一個以上等寬的濾光片間隙排列組成，每個濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶； 具體設主鏡由透鏡組L1和透鏡組L2組成，濾光片陣列位于透鏡組L1和透鏡組L2之間的孔徑光闌處；濾光片陣列經透鏡組L1得到濾光片陣列像；濾光片陣列中相鄰兩濾光片的間隙J至少為PlVfM1, P表示一個探測器像元的尺寸大小，L為濾光片陣列像到微透鏡陣列的距離，f為微透鏡的焦距，M1為透鏡組L1對濾光片陣列的放大率； 步驟2，在前置光學成像系統的成像面放置微透鏡陣列，透鏡組1^2位于濾光片陣列與微透鏡陣列之間，在微透鏡陣列的焦平面上放置探測器； 步驟3，目標發射或反射的不同方向光經過主鏡和濾光片陣列調制后，成像于微透鏡陣列上的某個微透鏡上，該微透鏡將接收到的來自目標的不同方向光分散到探測器的像元上形成子圖像，最終通過成像光譜儀獲得的三維光譜圖像數據立方體大小為(NA，Nx，Ny)，其中，全文摘要本專利技術是一種快照式高通量的光譜成像方法和光譜成像儀，實現畫幅式拍照。光譜儀包括線性漸變濾光片陣列和光場成像機構，光場成像機構包括主鏡、微透鏡陣列和探測器。濾光片陣列在主鏡鏡片之間的孔徑光闌處，濾光片陣列由若干等寬的濾光片間隙排列組成，濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶。微透鏡陣列在前置光學成像系統的成像面，探測器在微透鏡陣列的焦平面上。光譜成像方法將目標發射或反射的不同方向光經主鏡和濾光片陣列調制后，成像于某個微透鏡上，經該微透鏡將光分散到探測器的像元上形成子圖像，最終獲得的三維光譜圖像數據。本專利技術實現了一次拍照就獲取目標的完整光譜圖像信息，可應用于快速變化或移動目標的監測與追蹤中。文檔編號G01J3/02GK102944305SQ20121045176公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種快照式高通量的光譜成像儀，其特征在于，包括線性漸變濾光片陣列和基于微透鏡陣列的光場成像機構，光場成像機構包括主鏡、微透鏡陣列和探測器；濾光片陣列由一個以上等寬的濾光片間隙排列組成，每個濾光片為光譜連續的線性漸變濾光帶，濾光片陣列被放置在主鏡鏡片之間的孔徑光闌處，形成前置光學成像系統；微透鏡陣列作為光場調制單元被置于前置光學成像系統的成像面，探測器被置于微透鏡陣列的焦平面上；每個濾光片都與探測器的一行或者一列像元平行；所述主鏡由透鏡組L1和透鏡組L2組成，濾光片陣列位于透鏡組L1和透鏡組L2之間的孔徑光闌處，透鏡組L2位于濾光片陣列與微透鏡陣列之間，濾光片陣列經透鏡組L1得到濾光片陣列像，設透鏡組L1對濾光片陣列的放大率為M1，則濾光片陣列中相鄰兩濾光片的間隙J至少為pL/fM1，其中，p表示一個探測器像元的尺寸大小，L為濾光片陣列像到微透鏡陣列的距離，f為微透鏡的焦距。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇麗娟，袁艷，胡亮，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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