[发明专利]基于数字微镜器件的多通道多目标超光谱成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超光谱成像仪器，尤其涉及一种采用数字微镜器件的多通道、可用于多目标识别、追踪的超光谱成像系统。

背景技术

光谱成像仪器是一种可实现“图谱合一”的光学成像仪器。超光谱成像通常是指谱段数在100至400范围内的光谱成像技术，目前在环境监测、军事侦查、森林防火、农作物估产、病虫害监视等遥感观测领域，以及在PCB检验、生物芯片及DNA芯片探测等微观探测领域都有着非常重要的应用。

制约多光谱成像技术发展的一个重要因素是超光谱成像的数据过于庞大。尤其对于目前应用最广泛的遥感超光谱成像技术来说，作为卫星载荷，遥感器不可能配备容量超大的数据存储设备，而现有的对地数据传输速率难以达到理想的数值，这就对卫星上遥感器件数据压缩的硬件设备和软件方法提出了很大考验。多目标的超光谱成像可对军事目标、民用目标以及微观芯片目标进行识别和跟踪探测，目标的背景多为无用信息，占用了大量的数据，同时给目标的识别追踪带来很大困难。

受分光器件和探测器相应探测范围的限制，传统的光谱成像系统一般仅局限在一个波段(多为可见波段或近红外波段)。若能同时获得目标物红外、可见、紫外三个波段的光谱成像数据，进行比对，可更有效的实现目标识别与追踪。

数字微镜器件(Digital Mirror Device，DMD)是由美国德克萨斯仪器公司在1987年发明的。它是大规模集成电路技术、微电子机械系统和微光学技术三者结合的典型成功产物。DMD具有选址分光的功能，最早主要被应用于DLP(Digital Light Processing)领域，由国外知名的IT企业用来制造高清电视、投影仪等数字视频设备。随着DMD芯片在全息成像、显微术、光谱成像等领域的应用发展，TI公司开始选择性的向一些国内外有实力的科研机构、研究所小规模的提供DMD芯片，用于芯片应用领域的应用研究与探索。

由附图1所示，数字微镜器件(DMD)主要由数字微镜器件控制板1和多个微镜2构成的阵列组成，每个微镜相当于一个光开关。DMD依靠控制微镜的转动角度以控制其上入射光线的反射方向，微镜的偏转角度不同，反射光的出射角度就不同。工作时每个微镜单元能向两个方向转动：其中一个方向为+12°，能将入射光线3反射到投射系统，投射到银幕或者探测器上，称为开态(参见图中的开态反射光线4)；另一个方向为-12°，可将入射光反射到吸收平面，由吸收平面把光吸收，称为关态，(参见图中的关态反射光线5)。DMD光开关的电信号控制时间仅为2μs，机械开关时间(包括微镜到位和锁定)约为15μs。

目前，数字微镜器件已经具备了1024×768分辨率、不低于85％的光学填充因子，每秒上千次的高速翻转本领更使其成为性能出色的空间调制器，可在超光谱成像系统中实现对光线的选址，大幅删除冗余数据。

发明内容

本发明目的是克服现有超光谱成像技术多局限于一个波段、采集的数据量过于庞大的不足，提供一种采用数字微镜器件的超光谱成像技术，同时实现红外、可见、紫外三个波段的光谱成像，并可大幅减少需要接收的有效数据，更有利于目标的识别与追踪。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于数字微镜器件的多通道多目标超光谱成像方法，将目标成像于一狭缝平面上，出射光经准直成平行光，投射到一多胶合棱镜上，利用多胶合棱镜不同面上设置的二向色性滤光片，分别将紫外光和红外光反射出射，可见光则经棱镜透射出射，所述紫外光、红外光、可见光分别经各自分光光栅衍射形成色散，再聚焦于对应的数字微镜器件上，由计算机控制数字微镜器件的微镜翻转状态，开态位置的出射光投射到探测器上，经数据采集处理，用于成像及后期处理。

进一步的技术方案，为实现对于动态目标的识别和跟踪，在进行数字微镜器件的微镜翻转状态控制之前，先使目标相对于狭缝沿垂直于狭缝的方向移动，完成推扫，获得两维空间的光谱信息，比对三个波段的光谱信息，通过识别算法识别出特定目标方位并记录，然后，控制数字微镜器件，使得目标对应位置的微镜单元处于开态，非目标位置的微镜单元处于关态，实现特定目标区域或特定波长的选址；控制软件分析随时间变化的采样数据，得到目标方位变化的方向矢量，自动调整数字微镜器件的微镜单元开、关状态，实现目标追踪。