CN104155000B - 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 - Google Patents
一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104155000B CN104155000B CN201410415614.6A CN201410415614A CN104155000B CN 104155000 B CN104155000 B CN 104155000B CN 201410415614 A CN201410415614 A CN 201410415614A CN 104155000 B CN104155000 B CN 104155000B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- imaging system
- optical filter
- linear gradient
- gradient optical
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 62
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，包括：依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离不小于预定数值。通过采用本发明公开的多光谱成像仪，能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
Description
技术领域
本发明涉及光谱成像仪技术领域，尤其涉及一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪。
背景技术
光谱成像技术因能够同时获得目标的空间图像和光谱信息，被广泛应用于资源勘探、环境和灾害监测、刑事物证鉴定等各种领域。根据分光方式的不同，光谱成像技术可划分为棱镜分光型、滤光片分光型、光栅分光型和干涉型。棱镜和光栅色散型光谱成像仪出现较早，技术也最为成熟，绝大多数的光谱成像仪均采用此类分光技术。干涉型光谱成像探测技术是在光路中加入了干涉仪，如迈克尔逊干涉仪或Sagnac(萨格纳克)干涉仪，通过干涉采样结果与光谱特性之间的傅立叶变换关系推算光谱信息。棱镜、光栅色散型光谱成像探测和干涉型光谱成像探测系统的分光器件占用了系统很大一部分空间，无法做到轻量化和小型化，同时大体积色散元件的存在也降低了系统的稳定性。而滤光片分光型的光谱探测系统则能够很好地克服以上三种光谱成像探测系统的缺点。
以滤光片为基础的光谱成像仪是使用光学带通滤光片将来自场景光谱的一个窄波段透射到单个探测器或者整个焦平面探测器阵列上。这种光谱成像仪结构简单，实现容易。该类型的光谱成像仪中分光元件主要有旋转滤光片轮、液晶可调谐滤光片和渐变滤光片等。1)旋转滤光片轮工作时需要转动，对同一目标需要拍照若干次才能获得完整的数据立方体；2)液晶可调谐滤光片是利用液晶单元调谐通光主波长，再通过对同一目标进行若干次拍照实现完整数据立方体的获得。但是，上述两种光谱成像探测方案属于时间调制型探测方案，通过对同一目标的多次成像获得完整的光谱信息，因此不适用于目标信息变化较快的探测场合。
采用线性渐变滤光片作为分光器件的光谱成像探测技术属于时空联合调制型方案，这种光谱成像探测技术适用与机载推扫平台、流水线产品质量检测等领域。
目前已有的线性渐变滤光片光谱成像仪均是采用将滤光片与探测器直接耦合的方式实现分光和探测的过程。但是，其不足之处在于，滤光片与探测器之间的距离对光谱分辨率有很大的影响，光谱混叠现象非常严重；此外，光线容易在滤光片和探测器之间产生干涉现象，同时也会造成鬼像的产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，包括：
依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；
所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；
其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离不小于预定数值。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将线性渐变滤光片与前置成像系统的一次像面重合，再利用Offner中继成像系统将一次像面成像到探测器的靶面位置，从而能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪的光线传播示意图；
图2为本发明实施例提供的前置成像系统的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的前置成像系统的全色点列图；
图4为本发明实施例提供的前置成像系统全色MTF曲线图。
图5为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的原理示意图；
图6为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的全色点列图；
图7为本发明实施例提供的Offner中继成像系统的全色MTF曲线图；
图8为本发明实施例所提供一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪的各波长点列图；
图9为本发明实施例所提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪各波长MTF曲线图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例采用线性可变滤光片，即在玻璃基底上镀线性渐变滤光膜，放置于一次像面处，再利用Offner中继系统将一次像面成像到面阵探测器的靶面位置，探测器的每一行探测像元接收与滤光片透过滤长对应的光谱带的能量，则整个面阵探测器对应若干光谱带，每次拍照获得某一区域目标的二维空间信息和某一特定光谱带的光谱信息。通过飞机平台飞行实现在空间维的推扫，相当于在光谱维进行推扫，从而获得目标的完整数据立方体。其基础的Offner中继系统作为一个完全由球面反射镜组成的单位放大率同心光学系统，具有优良的像差校正能力，能实现较大的狭缝线视场，同时具有结构简单紧凑、光学加工相对容易的特点。同时相对于透射式的中继成像物镜系统，Offner整体系统光学元件极少，能量利用率大大提高。
实施例
图1为本发明实施例提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪的结构示意图。如图1所示，该多光谱成像仪主要包括：
依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；
所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；
其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离不小于预定数值(可根据实际情况或者经验来设定)，以便有利于消除杂光和鬼像。
进一步的，所述探测器(例如，面阵探测器)的每一行探测像元接收经所述线性渐变滤光片光谱分割之后的特定谱带能量，整个探测器对应空间目标和若干光谱通带；通过平台推扫或探测目标的运动，来获得场景的完整数据立方体。
其中，图1的附图标记中1-4分别表示：前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器。
示例性的，本发明实施例中，所述线性渐变滤光片的光谱分光范围可以是620-1000nm，线性渐变滤光片玻璃基底厚度可以为1.1mm，光谱维长度可以为13.8mm。面阵探测器像元大小可以为5.5μm×5.5μm，奈奎斯特频率可以为91lp/mm。
所述前置成像系统视场角可以为15.74度，相对孔径可以为1/4，焦距可以为50mm，可采用改进型双高斯结构，该结构是一个全投射式的像方远心光学系统，能够有效矫正球差、像散、色差等在内的七种像差。所述Offner中继成像系统为一个1：1的Offner中继成像系统，作为一个完全由球面反射镜组成的单位放大率同心光学系统，具有结构简单紧凑、光学加工相对容易、自动校正三阶像差的特点。由于Offner中继成像系统是一个非轴对称系统，设计时需要考察多个线视场的像质；为实现光瞳匹配，该中继系统是一个物方远心系统，数值孔径为0.125。
具体来说，所述前置成像系统与Offner中继成像系统参数分配如表1所示：
为了便于进一步理解本发明，可参见附图2-9。
其中，图2为所述前置成像系统的原理示意图，像面前为线性渐变滤光片；图3为该前置成像系统的全色点列图，如图3所示，通过ZEMAX光学设计软件计算可知，光斑RMS(均方根)直径最大为1.5um，远小于探测器像元尺寸；图4为该前置成像系统全色MTF曲线图，如图4所示，由ZEMAX光学设计软件计算可知，在奈奎斯特频率(spatialfrequencyincycles)91lp/mm处接近衍射极限，成像质量良好。
图5为该Offner中继成像系统的原理示意图，该Offner中继系统由一大一小两个反射镜组成，经线性渐变滤光片调制后的光线在大反射镜的上半部反射后，入射到小反射镜表面，经小反射面反射，再次入射大反射镜的下半部分，经汇聚之后成像在探测器靶面位置；图6为该Offner中继成像系统的全色点列图，如图6所示，由ZEMAX光学设计软件计算可知，光斑RMS直径最大不到3.2um，小于探测器像元尺寸；图7为该Offner中继成像系统的全色MTF曲线图，如图7所示，在奈奎斯特频率91lp/mm处接近衍射极限，成像质量良好。
图8为本发明实施例所提供一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪的各波长点列图，四组图分别对应波长620/700/800/1000nm，如图8所示，由ZEMAX光学设计软件计算可知，光斑最大值位于全视场短波620nm处，该处光斑RMS直径小于4um，小于探测器像元尺寸；图9为本发明实施例所提供的一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪各波长MTF曲线图，四组图分别对应波长620/700/800/1000nm，如图9所示，由ZEMAX光学设计软件计算可知，在乃奎斯特频率91lp/mm处接近衍射极限，成像质量良好，满足使用要求。
本发明实时所提供的方案与现有技术的方案相比，主要存在如下优点：
1)线性渐变滤光片的分光面位于前置望远系统的一次像面处，能够完全消除光谱混叠的影响；
2)前置成像系统构成像方远心光路，光阑位于透镜焦平面上，减少了后置场镜匹配所带来的一系列问题。
3)线性渐变滤光片和前置成像系统最后一块镜片、线性渐变滤光片和线性渐变滤光片的第一块镜片之间留有较大长度，有利于消除杂光和鬼像；
4)Offner中继成像系统是一个完全由球面反射镜组成的单位放大率同心光学系统，具有结构简单紧凑、光学加工相对容易、自动校正三阶像差的特点；
5)Offner中继成像系统仅由两反射球面构成，提高了系统的能量利用率；
6)整个多光谱成像仪进行了一体化的优化设计，提高了系统设计过程中的精度。
本发明实施例通过将线性渐变滤光片的面放置于前置成像系统的一次像面处，再利用Offner中继成像系统将一次像面成像到探测器的靶面位置，从而能够完全消除光谱混叠对光谱分辨率的影响，同时避免鬼像的形成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪，其特征在于，包括：
依次设置的前置成像系统、线性渐变滤光片、Offner中继成像系统及探测器；
所述前置成像系统实现对目标成像的功能，所述线性渐变滤光片置于所述前置成像系统的一次像面上，实现对空间目标的光谱分割，所述Offner中继成像系统将光谱分割后的一次像面再次成像于探测器上，所述探测器通过光电效应获取和记录数字信息；
其中，所述线性渐变滤光片与所述前置成像系统及Offner中继成像系统之间的距离不小于预定数值。
2.根据权利要求1所述的多光谱成像仪，其特征在于，
所述探测器的每一行探测像元接收经所述线性渐变滤光片光谱分割之后的特定谱带能量；
通过推扫平台或探测目标的运动，来获得场景的完整数据立方体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410415614.6A CN104155000B (zh) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410415614.6A CN104155000B (zh) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104155000A CN104155000A (zh) | 2014-11-19 |
| CN104155000B true CN104155000B (zh) | 2016-05-11 |
Family
ID=51880563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410415614.6A Expired - Fee Related CN104155000B (zh) | 2014-08-21 | 2014-08-21 | 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104155000B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104457708B (zh) * | 2014-12-05 | 2017-07-14 | 中国科学院光电研究院 | 一种紧凑型多光谱相机 |
| CN105974573B (zh) * | 2016-06-02 | 2018-06-12 | 苏州大学 | 一种基于微透镜阵列的光场光谱显微成像方法及系统 |
| CN107144359B (zh) * | 2017-05-16 | 2019-03-19 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 红外光谱辐射计光谱分辨增强方法、红外光谱辐射计 |
| CN113390507B (zh) * | 2020-03-11 | 2022-11-04 | 上海新产业光电技术有限公司 | 光谱信息获取方法及光谱探测装置 |
| CN115541013A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-12-30 | 上海航天空间技术有限公司 | 一种星载高分辨率碳监测光谱仪 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5880834A (en) * | 1996-10-16 | 1999-03-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Convex diffraction grating imaging spectrometer |
| AU2003234381A1 (en) * | 2002-05-10 | 2003-11-11 | Applera Corporation | Imaging system for reduction of interstitial image regions and its related method |
| CN2704031Y (zh) * | 2003-03-31 | 2005-06-08 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 低杂光单色仪 |
| WO2005033794A1 (ja) * | 2003-10-09 | 2005-04-14 | Sony Corporation | 画像処理システムおよび画像処理方法、画像撮像装置および方法、並びに画像表示装置および方法 |
| US7944559B2 (en) * | 2009-03-17 | 2011-05-17 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Airborne hyperspectral imaging system |
| CN101546030A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-09-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种放大倍率可变的凸面光栅成像光学系统 |
| JP5170582B2 (ja) * | 2010-04-05 | 2013-03-27 | 横河電機株式会社 | 顕微鏡用分光分析装置 |
| EP2667151A1 (fr) * | 2012-05-21 | 2013-11-27 | Sysmelec SA | Convertisseur chromatique d'altimétrie |
| US8913241B2 (en) * | 2012-07-23 | 2014-12-16 | Corning Incorporated | Hyperspectral imaging system and method for imaging a remote object |
| JP6142526B2 (ja) * | 2012-12-27 | 2017-06-07 | セイコーエプソン株式会社 | 食品分析装置 |
| CN103471715B (zh) * | 2013-09-02 | 2015-09-09 | 北京航空航天大学 | 一种共光路组合式光场光谱成像方法及装置 |
| CN103592024A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-02-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 双衍射级次Offner成像光谱仪 |
| CN103940743A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-23 | 中国科学院光电研究院 | 基于Féry棱镜的一体化机载大视场高光谱成像系统 |
| CN103940514B (zh) * | 2014-04-29 | 2015-12-02 | 北京理工大学 | 一种宽波段近景紫外成像光谱装置 |
-
2014
- 2014-08-21 CN CN201410415614.6A patent/CN104155000B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104155000A (zh) | 2014-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107728300B (zh) | 一种宽视场大相对孔径的小型反射式离轴望远系统 | |
| CN104155000B (zh) | 一种基于二次成像的线性渐变滤光片型多光谱成像仪 | |
| CN104457708A (zh) | 一种紧凑型多光谱相机 | |
| CN102508361A (zh) | 空间大视场超宽谱段多光谱成像光学系统 | |
| CN103091258B (zh) | 一种基于液态变焦技术的多光谱成像仪 | |
| CN105511075A (zh) | 一种大视场摆扫二维像移补偿双通道成像仪光学系统 | |
| CN107741275B (zh) | 一种多光谱成像系统 | |
| CN204963859U (zh) | 遥感参数相机 | |
| CN105258796A (zh) | 一种共光路小型化多光谱成像系统 | |
| CN106289524A (zh) | 基于自由曲面的光谱成像系统 | |
| CN109656006A (zh) | 一种宽谱段非调焦全天空气辉成像仪 | |
| CN110319932A (zh) | 一种高光谱成像光学系统 | |
| CN103411670B (zh) | 一种新型棱镜色散成像光谱仪 | |
| CN104102018B (zh) | 双小凹局部高分辨率成像系统 | |
| CN111751915B (zh) | 一种基于自由曲面棱镜的紧凑型红外取景器光学系统 | |
| CN108896179B (zh) | DMD空间维编码对称Offner色散中波红外光谱成像装置 | |
| CN103674243A (zh) | 长波红外空间调制干涉小型化方法 | |
| CN106092318A (zh) | 一种全反射式宽波段多光谱成像系统 | |
| CN103308161A (zh) | 航天遥感大相对孔径宽视场高分辨率成像光谱仪光学系统 | |
| CN103411673B (zh) | 基于同心离轴双反射系统的成像光谱仪 | |
| CN202471250U (zh) | 一种便携式光谱成像仪 | |
| CN105588643B (zh) | 热红外分孔径偏振成像光学系统 | |
| CN103197403B (zh) | 一种用于偏振成像仪的分孔径光学镜头 | |
| CN104792415A (zh) | 一种完全偏振高光谱成像装置 | |
| CN105043546A (zh) | 一种新型的aotf光谱成像系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |